نقطه ضعف در میدان مغناطیسی زمین از ضعیف به ضعیف‌تر تبدیل می‌شود
این می‌تواند خبر بدی برای ماهواره‌ها و فضانوردان باشد.
طبق بیش از یک دهه اندازه‌گیری توسط سه‌منظره‌گر مداری، نقطه ضعف در میدان مغناطیسی حفاظتی زمین در حال گسترش است و ماهواره‌ها و فضانوردان در مدار را در معرض تابش خورشیدی بیشتری قرار می‌دهد.
«منطقه‌ی میدان مغناطیسی ضعیف در اقیانوس جنوب‌اطلس در طول ۱۱ سال گذشته همچنان در حجم خود افزایش یافته است.»
مشاهدات ماهواره‌های Swarm سازمان فضایی اروپا نشان داد که میدان مغناطیسی ضعیف زمین در اقیانوس جنوب‌اطلس — منطقه‌ای که به «ناهنجاری جنوب‌اطلس» (SAA) شناخته می‌شود — در حال بدتر شدن است و از سال ۲۰۱۴ مساحتی معادل نیمی از سطح قارهٔ اروپا را به خود اختصاص داده است. همزمان، ناحیه‌ای در کانادا که میدان آن به‌ویژه قوی است، به‌سختی حجم خود را از دست داده و منطقه‌ای دیگر با میدان قوی در سیبری در حال گسترش است، بر پایهٔ این اندازه‌گیری‌ها.
«منطقه‌ی میدان مغناطیسی ضعیف در اقیانوس جنوب‌اطلس از زمان پرتاب کنستلاسیون ماهواره‌های Swarm تا کنون در طول ۱۱ سال گذشته به‌طور مستمر در حجم خود افزایش یافته است»، کریس فینلی، پژوهشگر ژئومغناطیس در دانشگاه Danmarks Tekniske Universitet (دانشگاه فنی دانمارک) توضیح داد. «اگرچه رشد این منطقه بر پایهٔ مشاهدات اولیه پیش‌بینی می‌شد، تأیید ادامه‌دار بودن این تغییر در میدان مغناطیسی زمین اهمیت دارد». فینلی نویسندهٔ اصلی مطالعه‌ای جدید است که در مجله فیزیک زمین و داخلی‌های سیاره‌ای منتشر شده و داده‌های ماهواره‌های Swarm را تحلیل می‌کند.
میدان ژئومغناطیسی
سه‌ماه‌واره در سال ۲۰۱۴ برای نظارت دقیق بر سیگنال‌های مغناطیسی هسته و مانتل زمین، همچنین بر یونوسفر و مگنتوسفر، پرتاب شد. میدان مغناطیسی زمین (به‌طور فنی «میدان ژئومغناطیسی») گمان می‌شود توسط هستهٔ در حال چرخش از آهن مذاب، با عمق حدود ۲۹۰۰ کیلومتر (۱۸۰۰ مایل) زیر سطح زمین تولید می‌شود. اما مقدار قوت این میدان به‌صورت پیوسته در حال تغییر است و دانشمندان هنوز به درک دقیق‌تر سازوکارهای آن پرداخته‌اند.
«ماهواره‌ها وقتی از ناحیه‌ی میدان ضعیف عبور می‌کنند، با نرخ بالاتر ذرات باردار مواجه می‌شوند… فضانوردان نیز با این ذرات باردار روبه‌رو خواهند شد.»
میدان ژئومغناطیسی حیات روی سطح زمین را از ذرات باردار مضر تابش خورشیدی محافظت می‌کند. اثرات این ذرات باردار که از خورشید می‌آیند و با میدان ژئومغناطیسی در جو بالایی تعامل می‌کنند، در پدیده‌هایی همچون شفق شمالی قابل مشاهده است.
از آنجا که این میدان به فضا نیز امتداد دارد، از فضاپیماهای در مدار، شامل اکثر ماهواره‌ها و ایستگاه فضایی بین‌المللی (ISS)، نیز محافظت می‌کند. با این حال، نویسندگان تحقیق هشدار می‌دهند که فضاپیماها و فضانوردانی که در طول مدار خود از ناحیهٔ ضعف جنوب‌اطلس عبور می‌کنند، ممکن است تحت تابش بیشتری قرار گیرند.
این تابش می‌تواند باعث بروز خرابی‌های بیشتر، آسیب یا حتی خاموشی در سخت‌افزار فضاپیما شود. «عکس‌العمل اصلی برای زیرساخت ماهواره‌های مدار نزدیک به زمین ماست»، فینلی افزود. «این ماهواره‌ها هنگام عبور از ناحیه‌ی میدان ضعیف با نرخ بالاتر ذرات باردار مواجه می‌شوند که می‌تواند در الکترونیک آن‌ها مسائلی ایجاد کند.»
خطرات برای فضانوردان
افراد در مدار نیز با خطرات بالاتری از تابش مواجه خواهند شد؛ از جمله احتمال بیشتر آسیب به DNA و بروز سرطان در طول زندگی‌شان. «فضانوردان نیز با این ذرات باردار روبه‌رو می‌شوند، اما زمان حضور آن‌ها در مدار نسبت به طول عمر اکثر ماهواره‌های مدار نزدیک به زمین کوتاه‌تر است»، فینلی گفت. (به‌طور متوسط، فضانوردان در ایستگاه فضایی بین‌المللی حدود شش ماه در مدار نزدیک به زمین می‌گذرانند، در حالی که ماهواره‌ها معمولاً بیش از پنج سال — تقریباً ده برابر طولانی‌تر — در آن مدار می‌مانند.)
میدان ژئومغناطیسی نسبت به انواع شناخته‌شده‌ی مغناطیس ضعیف‌تر است: شدت آن تقریباً بین ۲۲,۰۰۰ تا ۶۷,۰۰۰ نانو‌تسلا متغیر است. برای مقایسه، یک آویز یخچالی معمولی حدود ۱۰ میلیون نانو‌تسلا شدت دارد.
در ناحیه‌ی ناهنجاری جنوب‌اطلس (SAA)، شدت میدان ژئومغناطیسی کمتر از ۲۶,۰۰۰ نانو‌تسلا است. بر اساس این پژوهش، مساحت این ناحیه از سال ۲۰۱۴ تقریباً ۱٪ از سطح زمین را افزایش داده است. ضعیف‌ترین نقطه در SAA هم‌اکنون شدت ۲۲,۰۹۴ نانو‌تسلا دارد — که نسبت به ۲۰۱۴ کاهشی به مقدار ۳۳۶ نانو‌تسلا نشان می‌دهد.
در ناحیه‌ای از میدان ژئومغناطیسی قوی در شمال کانادا، شدت بیش از ۵۷,۰۰۰ نانو‌تسلا است. این پژوهش 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 ۲۰۱۴ کاهش ۸۰۱ نانو‌تسلا دارد. در مقابل، ناحیه‌ای با میدان قوی در سیبری در حجم خود گسترش یافته است؛ مساحت آن ۰.۴۲٪ از سطح زمین افزایش یافته و بیشینهٔ شدت میدان آن از سال ۲۰۱۴ تا امروز ۲۶۰ نانو‌تسلا افزایشی داشته و به ۶۱,۶۱۹ نانو‌تسلا رسیده است.
فینلی بیان کرد که خطر افزایشی تابش خورشیدی برای ماهواره‌ها و فضانوردانی که از ناحیه SAA عبور می‌کنند، می‌تواند با اطمینان از اینکه فضاپیماها «سخت‌سازی‌شده» برای مقاومت در برابر آن باشند، کاهش یابد: «از آنجا که ناهنجاری در حال گسترش است، ماهواره‌ها این اثرات را در مساحتی وسیع‌تر تجربه خواهند کرد؛ بنابراین این نکته باید هنگام طرح‌ریزی مأموریت‌های آینده مد نظر قرار گیرد.»
هگای آمیت، ژئوفیزیک‌دان دانشگاه نانتس در فرانسه، که در این مطالعه جدید مشارکت نداشته ولی به ناهنجاری جنوب‌اطلس پرداخته است، اشاره کرد که چندین دانشمند دلایل ممکن برای تغییرات مشاهده‌شده در میدان ژئومغناطیسی را پیشنهاد داده‌اند، ولی مکانیزم‌های واقعی همچنان ناشناخته باقی مانده‌اند. او در ایمیلی به مجله Eos گفت: «به‌طور کلی، نویسندگان به‌طور قانع‌کننده نشان دادند که اندازه‌گیری‌های مستمر و با کیفیت بالا از میدان ژئومغناطیسی برای فراهم کردن بینش‌های اساسی دربارهٔ دینامیک‌های عمق زمین ضروری است.»
— تام متکلف (@HHAspasia)، نویسنده علمی