یک نقطه ضعف بزرگ در میدان مغناطیسی زمین در حال گسترش است و دانشمندان نگرانند
این می‌تواند خبر بدی برای ماهواره‌ها و فضانوردان باشد.
طبق بیش از یک دههٔ اندازه‌گیری توسط سه رصدخانهٔ مداری، یک نقطه ضعف در میدان مغناطیسی محافظتی زمین در حال گسترش است و ماهواره‌ها و فضانوردان را در معرض تابش خورشیدی بیشتری قرار می‌دهد.
مشاهدات فضاپیماهای سه‌تایی Swarm سازمان فضایی اروپا نشان داد که میدان مغناطیسی نسبتاً ضعیف زمین بر روی اقیانوس اطلس جنوبی—که به عنوان آنومالی اطلس جنوبی (SAA) شناخته می‌شود—در حال تشدید است و از سال ۲۰۱۴ مساحتی به اندازه نیمی از اروپا گسترش یافته است. در همان زمان، ناحیه‌ای در کانادا که میدان مغناطیسی آن به طور ویژه‌ای قوی است، کوچک شده و در عوض ناحیه‌ای با میدان قوی در سیبری بزرگ‌تر شده است، همان‌طور که اندازه‌گیری‌ها نشان می‌دهند.
چریس فینلی، پژوهشگر ژئومغناطیس در دانشگاه فنی دانمارک، توضیح داد: «منطقهٔ میدان مغناطیسی ضعیف در اطلس جنوبی در طول ۱۱ سال گذشته، از زمان پرتاب مجموعهٔ ماهواره‌های Swarm، همچنان در حال گسترش است.»
فینلی که نویسندهٔ اصلی یک مطالعهٔ جدید منتشر شده در مجلهٔ Physics of the Earth and Planetary Interiors است، افزود: «اگرچه رشد آن بر پایهٔ مشاهدات اولیه پیش‌بینی شده بود، تأیید اینکه این تغییر در میدان مغناطیسی زمین ادامه دارد، مهم است.»
میدان ژئومغناطیسی
سه‌ماهواره در سال ۲۰۱۴ پرتاب شدند تا به صورتی دقیق سیگنال‌های مغناطیسی از هسته و پَشت‌زمین زمین، همچنین از یونوسفر و مغزگردان را پایش کنند. میدان مغناطیسی زمین (به طور فنی «میدان ژئومغناطیسی») تصور می‌شود که توسط هستهٔ چرخان آهن مذاب، که تقریباً ۲,۹۰۰ کیلومتر یا ۱,۸۰۰ مایلی زیر سطح ما قرار دارد، تولید می‌شود. اما شدت این میدان به طور مداوم تغییر می‌کند و دانشمندان هنوز در حال کشف مکانیزم‌های دقیق آن هستند.
میدان ژئومغناطیسی از حیات روی سطح زمین در برابر ذرات باردار مضر در تابش خورشیدی محافظت می‌کند. می‌توان اثرات ذرات باردار خورشید که با میدان ژئومغناطیسی تعامل می‌کنند را در لایهٔ بالایی جو، در هنگام شفق‌هایی مانند شفق‌های قطبی شمالی، مشاهده کرد.
از آنجا که این میدان به فضا نیز ادامه می‌یابد، میدان ژئومغناطیسی همچنین فضاپیماهای مداری، از جمله اکثر ماهواره‌ها و ایستگاه فضایی بین‌المللی (ISS)، را محافظت می‌کند. با این حال، نویسندگان این مطالعه هشدار می‌دهند که فضاپیماها و فضانوردانی که در طول مدارهایشان به نقطه ضعف جنوب‌آتلانتیک وارد می‌شوند، اکنون ممکن است در معرض تابش بیشتری قرار گیرند.
برای سخت‌افزار فضاپیمایی، این تابش می‌تواند باعث بروز نقص‌های بیشتر، آسیب یا حتی خاموشی کلی شود. فینلی گفت: «نتیجهٔ اصلی این مسأله برای زیرساخت‌های ماهواره‌های مدار نزدیک به زمین است. این ماهواره‌ها هنگام عبور از ناحیهٔ میدان ضعیف، با نرخ بالاتری از ذرات باردار مواجه می‌شوند که می‌تواند برای الکترونیک آن‌ها مشکل‌ساز باشد.»
خطر برای فضانوردان
افراد در مدار نیز با خطرات بالاتری از تابش مواجه خواهند شد، از جمله احتمال بیشتر آسیب به DNA و ابتلا به سرطان در طول زندگی‌شان. فینلی گفت: «فضانوردان نیز با این ذرات باردار مواجه می‌شوند، اما مدت زمان حضورشان در مدار کوتاه‌تر از عمر اکثر ماهواره‌های مدار نزدیک به زمین است.» (به طور متوسط، فضانوردان ایستگاه فضایی بین‌المللی حدود شش ماه در مدار پایین زمین می‌گذرانند، در حالی که ماهواره‌ها معمولاً بیش از پنج سال در این مدار می‌مانند — یعنی تقریباً ده برابر طولانی‌تر.)
میدان ژئومغناطیسی نسبت به انواع شناخته‌شدهٔ مغناطیس ضعیف‌تر است: شدت آن در حدود ۲۲,۰۰۰ تا ۶۷,۰۰۰ نانو‌تسلا می‌باشد. برای مقایسه، یک آهنربای یخچالی معمولی تقریباً ۱۰ میلیون نانو‌تسلا شدت دارد.
در انومالی اطلس جنوبی (SAA)، شدت میدان ژئومغناطیسی کمتر از ۲۶,۰۰۰ نانو‌تسلا است. بر پایهٔ این مطالعه، مساحت این ناحیه تقریباً ۱٪ از سطح زمین از سال ۲۰۱۴ رشد کرده است. ضعیف‌ترین نقطهٔ SAA هم‌اکنون ۲۲,۰۹۴ نانو‌تسلا اندازه‌گیری می‌شود — که نسبت به سال ۲۰۱۴ ۳۳۶ نانو‌تسلا کاهش یافته است.
در ناحیهٔ میدان ژئومغناطیسی قوی بر فراز شمال کانادا، شدت بیش از ۵۷,۰۰۰ نانو‌تسلا است. مطالعه نشان داد که مساحت این ناحیه ۰.۶۵٪ از سطح زمین کاهش یافته است، در حالی که قوی‌ترین نقطهٔ آن به ۵۸,۰۳۱ نانو‌تسلا رسیده — که نسبت به سال ۲۰۱۴ ۸۰۱ نانو‌تسلا کاهش داشته است. برعکس، ناحیهٔ میدان قوی در سیبری بزرگ‌تر شده است؛ مساحت آن ۰.۴۲٪ از سطح زمین افزایش یافته و بیشینهٔ شدت میدان از سال ۲۰۱۴ تا امروز ۲۶۰ نانو‌تسلا افزایش یافته و به ۶۱,۶۱۹ نانو‌تسلا رسیده است.
این تغییرات در نیم‌کرهٔ شمالی برای فینلی غیرمنتظره بود. او گفت: «این موارد به الگوهای گردش فلز مایع در هسته مرتبط است، اما هنوز علت دقیق آن را نمی‌دانیم.»
اما این مطالعه هیچ نشانه‌ای از وارونگی قریب‌الوقوع در میدان مغناطیسی یافت نکرد. میدان مغناطیسی زمین صدها بار وارونگی داشته است، اما فینلی گفت: «مطابق با سوابق پالئومغناطیسی می‌دانیم که میدان مغناطیسی زمین در گذشته بارها تضعیف شده و نواحی ضعیفی مانند انومالی اطلس جنوبی را نشان داده است، بدون اینکه وارونگی رخ دهد.» او افزود: «احتمال بیشتری وجود دارد که ما نوسان‌هایی در مقیاس زمانی دهه تا قرن‌گی در میدان مشاهده می‌کنیم.»
فضاپیماهای «سخت‌شده»
فینلی گفت که خطر افزایش‌یافته تابش خورشیدی برای ماهواره‌ها و فضانوردانی که از SAA عبور می‌کنند، می‌تواند با اطمینان از «سخت‌شدن» فضاپیماها برای مقاومت در برابر این تابش کاهش یابد: «از آنجا که ضعف میدان در حال گسترش است، ماهواره‌ها این اثرات را در مساحتی بزرگ‌تر تجربه خواهند کرد، بنابراین باید این موضوع در طراحی مأموریت‌های آینده مدنظر قرار گیرد.»
ژئوفیزیک‌دان هگای امیت از دانشگاه ننتس (فرانسه)، که در این مطالعه جدید مشارکتی نداشت اما به طور گسترده‌ای SAA را بررسی کرده است، اظهار کرد که چندین پژوهشگر دلایل احتمالی برای تغییرات مشاهده‌شده در میدان ژئومغناطیسی را پیشنهاد داده‌اند، اما مکانیزم‌های حقیقی هنوز ناشناخته‌اند. او به ای‌او‌اس ایمیل داد: «در مجموع، نویسندگان به طرز قانع‌کننده‌ای نشان دادند که اندازه‌گیری‌های پیوسته و با کیفیت بالا از میدان ژئومغناطیسی برای ارائه بینش‌های حیاتی دربارهٔ دینامیک‌های عمق زمین ضروری هستند.»
این مقاله ابتدا در مجله EOS منتشر شد.