اکسیژن زمین در ابرطوفان ژئومغناطیسی ۲۰۲۴

طوفانی فضایی را تصور کنید که در آن، عامل غافلگیرکننده همان هوایی است که بالای سر شما قرار دارد. عجیب به نظر می‌رسد، اما واقعیت دارد: مشاهدات تازه نشان می‌دهد که در یکی از بزرگ‌ترین طوفان‌های ژئومغناطیسی ثبت‌شده، بخش عمده یون‌های پرانرژی که در محیط نزدیک زمین ازدحام کرده بودند، از اعماق فضا نیامدند، بلکه از یون‌سپهر خود زمین سرچشمه گرفتند.

دانشمندانی که با فضاپیمای آراسه کار می‌کنند، این رویداد را با جزئیاتی چشمگیر ثبت کردند. این گروه اندازه‌گیری تقریبا هم‌زمان یون‌های جریان حلقه‌ای و باد خورشیدی ورودی را در جریان طوفان گزارش کرد و اعداد به‌دست‌آمده شگفت‌انگیز بود. حدود ۸۵ درصد از یون‌های جریان حلقه‌ای شناسایی‌شده، اکسیژنی بودند که از یون‌سپهر زمین منشأ می‌گرفتند. این یافته کانون توجه را از خورشید به خود سیاره زمین منتقل می‌کند.

تصویر شماتیک یون‌های جریان حلقه‌ای در سمت شامگاهی زمین، هنگام اوج ابرطوفان ژئومغناطیسی مه ۲۰۲۴، از دیدگاه خورشید. 

در اوج طوفان، آراسه کاهش چشمگیر ۴۰ درصدی شدت میدان مغناطیسی را در ارتفاع حدود ۱۶ هزار کیلومتری بالای زمین ثبت کرد. این افت، در مقایسه با کاهش‌های مشابهی که در طوفان‌های گذشته دیده شده بود، در فاصله‌ای نزدیک‌تر به سیاره رخ داد. جمله‌ای کوتاه. تفاوتی بزرگ.

در همان ناحیه از فضا، الکترون‌های پرانرژی تقریبا هم‌زمان با افت میدان مغناطیسی ناپدید شدند. وقتی قفس مغناطیسی پیرامون ذرات باردار ضعیف می‌شود، حرکت منظم آن‌ها می‌تواند از هم بپاشد و ذرات از مسیرهای تازه‌ای بگریزند. آیا میدان دگرگون‌شده این الکترون‌ها را مستقیم به بیرون پرتاب کرد؟ این ارتباط محتمل است، اما دانشمندان می‌گویند زنجیره علت و معلولی آن هنوز اثبات نشده است.

چرا این موضوع فراتر از ارضای کنجکاوی علمی اهمیت دارد؟ چون پیش‌بینی‌های آب و هوای فضایی تا حد زیادی بر رفتار باد خورشیدی تکیه دارند. اگر جو زمین بتواند مقدار زیادی یون سنگین، در این مورد اکسیژن، را به مگنتوسفر تزریق کند و خود محیط مغناطیسی را تغییر دهد، مدل‌هایی که این ورودی‌های زمینی را نادیده می‌گیرند، بخش کلیدی معما را از دست خواهند داد. پیش‌بینی‌ها شاید لازم باشد نقش جو را هم به‌عنوان منبع و هم به‌عنوان شکل‌دهنده پویایی طوفان‌های ژئومغناطیسی در نظر بگیرند.

ماهواره آراسه ژاپن در دسامبر ۲۰۱۶ به فضا پرتاب می‌شود. این فضاپیما بیش از هفت سال در مدار بود تا سرانجام ابرطوفان ژئومغناطیسی مه ۲۰۲۴ فرصتی برای اندازه‌گیری مستقیم ترکیب جریان حلقه‌ای فراهم کرد. 

این یافته‌ها همچنین به مأموریت پیشنهادی FACTORS شتاب بیشتری می‌دهد، مأموریتی دوماهواره‌ای که از سوی آژانس کاوش‌های هوافضای ژاپن، جاکسا، در دست بررسی است. هدف FACTORS این است که دنبال کند یون‌ها چگونه از جو فوقانی می‌گریزند و جریان حلقه‌ای را تغذیه می‌کنند؛ مأموریتی که می‌تواند تصویری کامل‌تر از چگونگی رشد طوفان‌های فضایی و میزان شدت احتمالی آن‌ها ارائه دهد. مشاهدات دقیق‌تر می‌تواند به هشدارهای بهتر برای ماهواره‌ها، شبکه‌های برق و سامانه‌های ناوبری منجر شود.

جمع‌بندی ساده و تا حدی فروتنانه است: گاهی نیرومندترین بازیگران فضای نزدیک زمین، بیگانگانی از خورشید نیستند، بلکه اکسیژن و ذراتی هستند که درست بالای سر ما در گردش‌اند، و دانشمندان تازه در آغاز راه شناخت میزان اثرگذاری این هوای آشنا قرار دارند.