مطالعه الکتروجت‌های شفقی با سه ماهواره کوچک

ماموریت EZIE یک ماموریت هلیوفیزیک است که برای مطالعه خورشید و سامانه‌ای که شرایط آب و هوایی نزدیک زمین را کنترل می‌کند، طراحی شده است. هلیوفیزیک شاخه‌ای از علم فضا است که خورشید و تاثیر آن بر منظومه شمسی را مطالعه می‌کند. این ماموریت پدیده‌هایی مانند بادهای خورشیدی، میدان‌های مغناطیسی خورشید، شعله‌های خورشیدی، طوفان‌های ژئومغناطیسی و فعل و انفعالات آن‌ها با سیاره‌ها، از جمله زمین را بررسی می‌کند.

اگرچه ماموریت EZIE ناسا یک ماموریت کوچک است، اما به دلیل افزایش درک بشر از آب و هوای اطراف سیاره زمین اهمیت دارد. انتظار می‌رود ماموریت EZIE بسیار پربار باشد.

به عبارت دیگر، این جریان‌های الکتریکی، شفق‌های قطبی را به مگنتوسفر زمین متصل می‌کنند و تحت تاثیر فعالیت‌های خورشیدی تغییر می‌کنند. نکته جالب این است که ارتفاع این جریان‌ها به گونه‌ای است که نه هواپیماها و نه ماهواره‌های معمولی قادر به مشاهده آن‌ها نیستند.

تشکیل جت‌های الکتریکی شفق قطبی به دلیل برخورد ذرات باردار خورشیدی (پلاسما) با میدان مغناطیسی زمین است. خورشید به طور مداوم ذرات باردار را به صورت بادهای خورشیدی به فضا پرتاب می‌کند. این ذرات با سرعت بسیار زیادی حرکت می‌کنند. این فرآیند باعث ایجاد جریان‌های الکتریکی عظیمی در بالای جو زمین می‌شود که باعث ایجاد شفق‌های قطبی می‌شود.

فعالیت شدید خورشیدی، مانند شعله‌های خورشیدی یا پرتاب جرم تاجی (CME)، باعث افزایش جریان ذرات و برخورد آن‌ها به مگنتوسفر زمین می‌شود. میدان مغناطیسی زمین این ذرات را هدایت کرده و به سمت قطب‌های زمین می‌کشد؛ این پدیده می‌تواند باعث ایجاد شفق‌های قطبی چشمگیر و همچنین اختلال در سامانه‌های ارتباطی و فناوری‌های حساس به میدان‌های مغناطیسی شود.

ماموریت EZIE با سه ماهواره کوچک در مدار زمین، جریان‌های الکتریکی را از فضا مطالعه خواهد کرد. این ماهواره‌ها در ارتفاع ۴۲۰ تا ۵۹۰ کیلومتری زمین قرار خواهند گرفت. داده‌های جمع‌آوری‌ شده به دانشمندان کمک می‌کند تا الکتروجت‌های شفق قطبی را بهتر درک کنند و تاثیر آن‌ها بر زمین و فناوری‌های انسانی را پیش‌بینی کنند. این ماموریت برای درک بهتر پدیده‌های فضایی و کاهش اثرات مخرب آن‌ها بر سامانه‌های فناورانه حیاتی است.

ماموریت مذکور به دانشمندان کمک می‌کند تا خورشید و زمین را به عنوان یک سامانه مرتبط درک کنند. ناسا هنوز پیکربندی اساسی جریان‌های الکتریکی را که برای تعامل بین زمین و فضای اطراف آن حیاتی هستند، به طور کامل شناسایی نکرده است. این موضوع نه تنها به زمین، بلکه به اجرام مغناطیسی دیگری مانند عطارد، زحل و مشتری نیز مربوط می‌شود؛ زیرا جت‌های الکتریکی شفق قطبی بخشی از تعاملات بین میدان مغناطیسی یک سیاره و بادهای خورشیدی هستند.

زحل و مشتری میدان‌های مغناطیسی بسیار قوی‌تری نسبت به زمین دارند که می‌توانند بادهای خورشیدی را منحرف کنند. قمرهای این سیاره‌ها، به ویژه آیو (Io) در اطراف مشتری و انسلادوس (Enceladus) در اطراف زحل، با انتشار ذرات باردار، در ایجاد جریان‌های الکتریکی در مگنتوسفر این سیاره‌ها نقش دارند. شفق‌های قطبی نیز در این سیاره‌ها مشاهده شده‌اند که نشان‌دهنده وجود جریان‌های الکتریکی مشابه با جت‌های الکتریکی شفق قطبی در زمین است.

اهمیت مطالعه الکتروجت‌های شفق قطبی به دلیل شباهت آن‌ها با پدیده‌های مشابه در سیاره‌های دیگر بسیار زیاد است. زمین به عنوان نزدیک‌ترین و در دسترس‌ترین آزمایشگاه طبیعی برای بررسی این پدیده عمل می‌کند. مدل‌های توسعه‌یافته برای الکتروجت‌های زمین می‌توانند برای پیش‌بینی و تحلیل پدیده‌های مشابه در سایر سیاره‌ها نیز مورد استفاده قرار گیرند که این امر به درک عمیق‌تر از دینامیک فضایی کمک شایانی می‌کند.

ماموریت EZIE ناسا در ۱۴مارس۲۰۲۴ با ماهواره‌بر فالکون ۹ (Falcon 9) اسپیس‌ایکس از ایستگاه فضایی وندنبرگ در نزدیکی سانتا باربارا پرتاب شد؛ این ماموریت شامل سه ماهواره مکعبی است که در یک آرایش به نام دانه‌های یک رشته مروارید در مدار قرار می‌گیرند.

در تاریخ ۱۵مارس۲۰۲۴، ماهواره‌های EZIE با موفقیت در مدار قرار گرفتند. این ماهواره‌ها در ۱۰ روز آینده سیگنال‌هایی را ارسال می‌کنند تا وضعیت خود را بررسی کنند و برای ماموریت ۱۸ ماهه آماده شوند.

به گفته جرد لایزنر، مدیر برنامه ماهواره‌های EZIE، ناسا در حال پیگیری ماموریت‌های کوچک‌تری است که می‌توانند داده‌های علمی ارزشمندی را ارائه دهند و در عین حال ریسک بیشتری را بپذیرند. این رویکرد به ناسا اجازه می‌دهد تا سریع‌تر و با بودجه کمتر به اهداف علمی برسد، البته با پذیرش ریسک‌های بیشتر در فرایند توسعه و اجرا.

ماهواره‌های EZIE به جای استفاده از پیشرانه‌ها برای کنترل مدار خود، از نیروی مقاومت جو در جو فوقانی زمین برای تنظیم دقیق فاصله خود استفاده می‌کنند. این روش به هر ماهواره اجازه می‌دهد تا ۲ تا ۱۰ دقیقه پس از ماهواره بعدی، از روی همان منطقه عبور کند و امکان مشاهده تکامل الکتروجت‌ها در طول زمان را فراهم می‌کند. این نوآوری، روشی کارآمدتر و بالقوه کم‌هزینه‌تر برای حفظ آرایش ماهواره‌ها ارائه می‌دهد و امکان مطالعات دقیق‌تر درباره پدیده‌های جوی را فراهم می‌کند.