اخبـــار جایـزه مصطفی (ص)

نبرد آذرخش ها در بالای ابرها

1404/5/11

این پدیده های کمتر شناخته‌شده با آذرخش های آشنایی که در پایین ترین لایه جو یعنی وردسپهر (تروپوسفر) رخ می دهند، متفاوت اند و به طورمعمول فراتر از ابرها و درلایه های بالایی جو یعنی در ناحیه مزوسفث و پایین یونوسفر، خودشان را نشان می‌دهند؛ پس طبیعی است که آن‌ها را ندیده باشیم! به مجموعه همه این پدیده‌ها، رویدادهای نورانی گذرا گفته می شود؛ چرا که طی یک یا چند میلی‌ثانیه اتفاق می‌افتند و سپس ناپدید می‌شوند. علاوه ‌براین‌ها، پدیده‌های دیگری نیز هنگام صاعقه رخ می‌دهند که به‌صورت اپتیکی قابل‌مشاهده نیستند ولی اثر خود را روی جو می‌گذارند. 

عمران اینان دانشمند اهل ترکیه و استاد پیشین دانشگاه استنفورد، یکی از دانشمندانی است که به همراه تیم خود روی این پدیده‌ها پژوهش کرده است. حوزه تخصصی او، تابش امواج الکترومغناطیسی با فرکانس کم یا VLF و علوم زمین است. اشباح سرخ یا اسپرایت‌ها، کرم‌های نوری یا اِلوها (Elves) و جت‌های آبی، از جمله نام های اسرارآمیزی هستند که روی برخی از این رویدادهای نورانی گذرا قرار داده شده اند؛ پدیده‌هایی که از شاتل‌های فضایی هم مشاهده شده‌اند.

اشباح سرخ، رقصندگانی از جنس آتش
اشباح سرخ، به خوشه‌هایی از نور قرمز بالای ابرها گفته می‌شود که بعد از صاعقه دیده می‌شوند. انگار ابر، یک یا چند تا صاعقه قرمزرنگ رو به بالا می‌زند! البته نمی‌توان گفت که همیشه بالای هر ابری که از آن صاعقه ساطع می‌شود، این پدیده هم به وجود می‌آید؛ بلکه وقوع آن به شرایط بستگی دارد. در ویدئوهای ضبط‌‌‌‌شده، اشباح سرخ در ارتفاع‌های ۵۰ تا ۹۰ کیلومتری از سطح زمین دیده شده‌اند. این خوشه‌های نوری، از بالا تا پایین به رنگ قرمزند ولی قسمت پایین آن‌ها، کمی به رنگ آبی نزدیک می‌شود و حضور آن‌ها، چند میلی‌ثانیه بیشتر طول نمی‎کشد و بعد از ایجاد، به‌سرعت از بین می‎روند.
در نظریه اینان برای تبیین اشباه سرخ، ابرهای صاعقه‌زا همچون یک دوقطبی الکتریکی در نظر گرفته می شوند که به‌عنوان مثال، قسمت بالای ابر، بار مثبت  و قسمت پایین ابر، بار منفی دارد؛ در این صورت، یک سامانه وجود دارد که اطرافش میدان الکتریکی  ایجاد می شود ولی این میدان، توانایی نفوذ به ارتفاع‌های بالای جو در بالای ابر را ندارد. علت این موضوع، این است که بارهای الکتریکی یا همان الکترون‌های موجود در جو، مثل یک سپر عمل می‌کنند و از قسمت بالایی جو در برابر میدان الکتریکی ابر محافظت می‌کنند.
 

حال وقتی به‌وسیله صاعقه، بار مثبت ابر به زمین تخلیه می‎شود، ابر از دوقطبی تبدیل به تک‌قطبی الکتریکی با بار منفی می‎شود و میدان الکتریکی تک‌قطبی از دو‌قطبی خیلی قوی‌تر است. در این مرحله، میدان الکتریکی ابر و الکترون‌های موجود در جو با هم جمع می‌شوند و میدانی قوی تولید می‌کنند که می‌تواند به لایه فوقانی جو نفوذ کند. این میدان الکتریکی قوی، به الکترون‌های محیط بالای جو نیرو وارد می‌کند و به آن‌ها انرژی می‌دهد. الکترون‌های پرانرژی به مولکول‌های گازی که در آن ناحیه وجود دارد، برخورد می‌کنند و در طی این برخوردها انرژی به مولکول‌های گاز منتقل می‌شود. مولکول‌های گاز با دریافت این انرژی برانگیخته شده و با انتشار نور، انرژی دریافتی را از دست می‌دهند. 

نور قرمز، بیشتر به‌ خاطر برانگیختگی گاز نیتروژن در آن ارتفاع از زمین است. شکل خوشه‌ای اشباح سرخ هم طبق نظر خیلی از دانشمندان، به‌خاطر ناهمگنی در رسانندگی  مزوسفر است. همانطور که گفته شد، پدیده‌های نوری متنوعی هنگام صاعقه رخ می‌دهند که اشباح سرخ، یکی از آن‌ها است. بعضی اوقات پیش از پدیدار شدن اشباح سرخ، نوری در آسمان دیده می‌شود که خیلی سریع ایجاد شده و از بین می‌رود. این نور، نور بسیار بلندی است که به کرم نوری یا اِلو معروف است.

کرم‎ نوری، چشمک آسمان به زمین 
کرم‌ نوری در ارتفاع‌های ۷۵ تا ۱۰۵ کیلومتری از سطح زمین یعنی خیلی بالاتر از سطح ابر دیده می‎شود که به‌طور افقی بوده و ۱۰۰ تا ۳۰۰ کیلومتر طول دارد و رخ دادن آن هم کمتر از یک میلی‌ثانیه طول می‌کشد. به این پدیده -به خاطر شکل آن- کرم نوری یا اِلو می‎گویند و طبق گفته اینان، محتمل‌ترین منبع تولید اِلوها، پالس‌های الکترومغناطیسی با فرکانس کم هستند که بعد از رعدوبرق‌های قوی به وجود می‌آیند. پالس‌هایی که به سمت بالا منتشر می‌شوند، به الکترون‌های موجود در لایه‌های پایین یونوسفر انرژی می‌دهند و آن‌ها را گرم می‌کنند. الکترون‌های پرانرژی هم گازهای آن محیط را برانگیخته می‌کنند و باعث نشر نور می‌شوند. 

شدت نوری این رویداد، خیلی زیاد است و این یعنی لایه پایین یونوسفر، گرمای خیلی زیادی در اثر این پدیده می‌گیرد و در نتیجه، اِلو در ناحیه پایینی یونوسفر تغییر محسوسی ایجاد می‌کند. ما از این ناحیه برای هدایت امواج رادیویی استفاده می‌کنیم و هر تغییری در این محیط، خودش روی انتشار امواج رادیویی اثر دارد. پالس‌ الکترومغناطیسی که به‌وسیله صاعقه ایجاد می‌شود، نه تنها منبع اِلوهاست، بلکه تاثیرات دیگری نیز روی جو دارد که زندگی روزمره ما را تحت تاثیر قرار می‌دهند. 

پالس‌های الکترومغناطیسی، کمان‌هایی رو به آسمان 
پالس ایجادشده بر اثر رعدوبرق می‌تواند با یونوسفر برهمکنش ‌کند و باعث یونیزه شدن و گرم شدن لایه‌ پایین یونوسفر ‌شود. یعنی تقریبا ارتفاع ۱۰۰ کیلومتر بالای زمین را تحت تاثیر قرار می‌دهد و می‌تواند در زمان خیلی کمی ویژگی‌های فیزیکی یونوسفر از جمله ضریب شکست  آن را تغییر دهد و طبق محاسبات اینان، زمان خیلی بیشتری طول می‌کشد تا شرایط به حالت اولیه برگردد. تغییر در یونوسفر که وجودش برای انتشار امواج رادیویی در سرتاسر زمین حیاتی است، باعث تغییر در مشخصه‌های امواج منتشرشده مثل فاز  و شدتشان می‎شود و همین مسئله در هنگام رعدوبرق، باعث درست کار نکردن وسایلی مانند رادیو و تلویزیون ‌و حتی سیستم موقعیت‌یابی (GPS) می‌شود که بر پایه امواج الکترومغناطیسی کار می‎کنند.
همچنین گرما گرفتن یونوسفر و بالا رفتن دمای آن، باعث زیاد شدن رسانندگی آن می‌شود که با ایجاد جریان الکتریکی همراه است و می‌تواند امواجی با فرکانس‌‌های خیلی پایین را تولید کند. طبق گفته اینان، یونیزه شدن یونوسفر طی فرایندی می‌تواند مولد امواج ایکس باشد که در هنگام صاعقه مشاهده می‎شوند.
این محیط یونیزه، مانند پلاسما رفتار می‌کند که بررسی امواج الکترومغناطیسی با فرکانس کم ((VLF و برهمکنش آن با ذرات باردار  این محیط، مثل الکترون‌ها، یکی دیگر از کارهای اصلی عمران اینان است. برای این‌که کاربرد این پژوهش‌ها را بهتر درک کنیم، باید با یک سری از مفاهیم از جمله کمربند تابشی ون آلن  آشنا شویم که در ادامه به آن‌ خواهیم پرداخت.

کمربند تابشی: مدافع زمین، مهاجم ماهواره‌ها 
پرتوهای مضر و باردار خورشیدی وقتی به نزدیکی زمین می‌رسند، توسط میدان مغناطیسی زمین به دام می‌افتند و نمی‌توانند به سطح زمین برخورد کنند. در واقع، این میدان مغناطیسی از ما و دیگر موجودات زنده در برابر این پرتوها مواظبت می‌کند. این ذرات، ناحیه‌هایی در اطراف زمین ایجاد می‌کنند که به کمربند تابشی ون آلن مشهورند. وجود این کمربند برای ماهواره‌ها و مخابره امواج الکترومغناطیسی و جی‌پی‌اس، یک چالش بزرگ است؛ زیرا هر ماهواره و مدار الکتریکی که در این ناحیه قرار بگیرد، تحت تابش این ذرات، به‌سرعت فرسوده می‌شود و از کار می‎افتد. همچنین شدت و فرکانس امواج الکترومغناطیسی در این محیط، دستخوش تغییر شده و مخابرات در این نواحی مختل می‌شود.
اینان، با بررسی انتشار امواج الکترومغناطیسی با فرکانس کم در محیط پلاسما، سعی در درک بهتر تعامل این امواج با ذرات باردار داشته است. گروه تحقیقاتی VLF در دانشگاه استنفورد با راهبری عمران اینان و با بیش از ۳۰ سال تلاش در ایستگاه پالمر واقع در شبه‌جزیره قطب جنوب، موفق به انجام اندازه‌گیری‌های دقیق VLF شدند. این پژوهش‌ها امکان بررسی برهم‌کنش‌های بین موج و ذره در فضای نزدیک به زمین را فراهم کرده‌اند. برهمکنش این امواج با الکترون‌ها، باعث شتاب گرفتن الکترون‌ها شده و منجر به جابه‌جایی آن‌ها می‌شود.
امکان دارد در آینده‌، طی فرایندهای مصنوعی از فرستنده‌های امواج الکترومغناطیسی VLF با توان بالا بهره‌برداری شده و از این امواج برای کاهش الکترون‌های مضر در کمربند تابشی استفاده شود. نتایج این پژوهش‌ها و توسعه آن‌ها، درک ما را از فیزیک پلاسما، نجوم و فیزیک هواشناسی تغییر خواهند داد.