شتابدهنده غول‌پیکر در فضای نزدیک زمین

* پژوهشی تازه نشان داده که الکترون‌ها در کمربندهای تابشی وان آلن، در همان منطقه داغ شده و به انرژی‌های بی‌اندازه بالایی می‌رسند. بر پایه‌ی این پژوهش، مغناطکره‌ی زمین با رفتاری مانند یک شتابدهنده‌ی بسیار کارآمدِ ذرات، الکترون‌ها را شتاب داده و به انرژی‌های به اصطلاح فرا-نسبیتی می‌رساند.

مسیر کاوشگرهای دوقلوی وان آلن درون منطقه‌ای خطرناک و خشن نزدیک زمین به نام کمربندهای تابشی وان آلن

میدان مغناطیسی زمین ذرات پرانرژی را به دام می‌اندازد. هنگامی که نخسستین ماهواره‌ها به فضا رفتند، دانشمندانی به رهبری جیمز وان آلن به گونه‌ای نامنتظره منطقه‌هایی از تابش ذرات پرانرژی را کشف کردند، منطقه‌هایی که بعدها به یاد یابنده‌شان، "کمربندهای تابشی وان آلن" نامیده شدند. اگر بخواهیم نمایی از آنها بدهیم، دو منطقه‌ی چنبره-مانند هستند که سیاره‌مان را در بر گرفته‌اند.

اکنون بر پایه‌ی یک بررسی تازه که به رهبری دانشمندان مرکز پژوهشی آلمان برای دانش زمین (جی‌اف‌زی) انجام شده، الکترون‌ها در کمربندهای تابشی می‌توانند در همان جا شتاب گرفته و به سرعت‌هایی بسیار بالا برسند. بر پایه‌ی این پژوهش، مغناطکره‌ی زمین با رفتاری مانند یک شتابدهنده‌ی بسیار کارآمدِ ذرات، الکترون‌ها را شتاب داده و به انرژی‌های به اصطلاح فرا-نسبیتی می‌رساند.

ناسا برای آشنایی بیشتر با کمربندهای وان آلن، در سال ۲۰۱۲ فضاپیماهای دوقلویی به نام "کاوشگرهای وان آلن" را برای گذشتن از این محیط بسیار خشن و انجام سنجش‌هایی دقیق در این منطقه‌ی خطرناک به فضا پرتاب کرد. از جمله‌ی این سنجش‌ها، سنجش طیف کاملی از ذراتی که با سرعت‌های گوناگون و در جهت‌های گوناگون حرکت می‌کردند، و نیز سنجش امواج پلاسما بود. امواج پلاسما همانند موج‌هایی هستند که روی سطح آب می‌بینیم، ولی در حقیقت با چشم نامسلح دیده نمی‌شوند. آنها را می‌توان با موج‌هایی در میدان الکتریکی و مغناطیسی مقایسه کرد.

مشاهدات گذشته نشان می‌دادند که انرژی الکترون‌ها در این کمربندها می‌تواند تا انرژی‌هایی که فرا-نسبیتی خوانده می‌شوند بالا برود. این الکترون‌ها با دماهایی بالاتر از ۱۰۰ میلیارد درجه‌ی فارنهایت، آنچنان سریع جابجا می‌شوند که انرژی جنبشی‌شان بسیار بالاتر از انرژی سکون‌شان، بر پایه‌ی چیزی که فرمول پرآوازه‌ی E=mc2ی اینشتین گفته می‌شود. سرعت این ذره‌ها به اندازه‌ای بالاست که جریان زمان برایشان به گونه‌ی چشمگیری کُند می‌شود.

دانشمندان از یافتن این الکترون‌های فرا-نسبیتی شگفت‌زده شده و پنداشته بودند که چنین انرژی‌های بالایی تنها می‌تواند دستاورد آمیزه‌ای از دو فرآیند باشد: فرآیندِ ترابردِ (انتقالِ) ذرات از منطقه‌های بیرونیِ مغناطکره به درون آن که به شتابگیری‌شان می‌انجامد، و یک فرآیندِ شتاب‌دهیِ منطقه‌ایِ ذرات توسط امواج پلاسما.

ولی این پژوهشِ تازه نشان می‌دهد که الکترون‌ها در همان منطقه به چنین انرژی‌های باورنکردنی‌ای می‌رسند، با گرفتن همه‌ی این انرژی از امواج پلاسما در دل کمربندها [پس دیگر آمیزه‌ای از دو فرآیند نیست و تنها همان فرآیند دوم است-م]. چنین پیداست که این فرآیند بی‌اندازه کارآمد و پُرتوان است.

کشف نامنتظره‌ی چگونگی شتاب‌گیری ذرات تا انرژی‌های فرا-نسبیتی، آن هم در فضای نزدیک زمین، شاید به دانشمندان در شناحتِ فرآیندهای بنیادین شتابدهی روی خورشید، نزدیک سیاره‌های بیرونی، و حتی در گوشه‌های دوردست کیهان، جاهایی که دور از دسترس کاوشگرهاست یاری دهد.

گزارش این دانشمندان در نشریه‌ی نیچر کامیونیکیشن منتشر شده.

--------------------------------------------
تلگرام و توییتر یک ستاره در هفت آسمان:
telegram.me/onestar_in_sevenskies
twitter.com/1star_7sky

واژه‌نامه:
particle accelerator - electron - Van Allen Radiation Belts - magnetosphere - ultra-relativistic - Earth - magnetic field - James Van Allen - planet - GFZ German Research Centre for Geosciences - NASA - Van Allen Probes - plasma wave - electric field - Einstein - E=mc2 - Sun

منبع: sciencedaily
برگردان: یک ستاره در هفت آسممان