جزئیات تاریخی فروپاشی سپر پلاسما زمین در طوفان خورشیدی ۲۰۲۴؛ اختلال ۴ روزه در GPS

طوفان ژئومغناطیسی ۲۰۲۴: فرصتی بی‌سابقه

ابرطوفان ژئومغناطیسی که یکی از قدرتمندترین اشکال وضعیت هوافضا محسوب می‌شود، در تاریخ ۱۰ تا ۱۱ مه ۲۰۲۴ (طوفان گانون یا طوفان روز مادر) رخ داد. این رویداد که معمولاً هر ۲۰ تا ۲۵ سال یک بار اتفاق می‌افتد، فرصتی بی‌نظیر برای پژوهشگران فراهم کرد تا روند فروپاشی و بازسازی تدریجی پلاسماسفر زمین را تحت فشار شدید خورشیدی مشاهده کنند.

تیمی به سرپرستی آتسوکی شین‌بوری از دانشگاه ناگویا، داده‌های مستقیم این رویداد نادر را جمع‌آوری کرده و برای اولین بار تصویر واضح و دقیقی از نحوه فشرده شدن پلاسماسفر زمین ارائه دادند. این مطالعه نشان می‌دهد که پلاسماسفر و یونوسفر چگونه در برابر فعالیت شدید خورشیدی واکنش نشان می‌دهند و اطلاعات جدیدی برای بهبود پیش‌بینی اختلالات ماهواره‌ای، مشکلات GPS و قطعی ارتباطات فراهم می‌کند.

فشرده شدن تاریخی پلاسماسفر

پلاسماسفر که همراه با میدان مغناطیسی زمین از سیاره در برابر ذرات باردار مضر محافظت می‌کند، معمولاً تا ده‌ها هزار کیلومتر به فضا امتداد دارد. اما در طول این ابرطوفان، تغییرات شگرفی ثبت شد:

• لبه خارجی پلاسماسفر از حدود ۴۴ هزار کیلومتری زمین به تنها ۹۶۰۰ کیلومتر کاهش یافت.
• در عرض تنها ۹ ساعت، پلاسماسفر به حدود یک پنجم اندازه معمول خود فشرده شد.
• بازسازی این لایه حیاتی بیش از چهار روز طول کشید که طولانی‌ترین بازسازی ثبت‌شده از سال ۲۰۱۷ بود.

نقش ماهواره آرِیزه در ثبت جزئیات

ماهواره آرِیزه (Arase) که در سال ۲۰۱۶ توسط سازمان فضایی ژاپن (JAXA) پرتاب شد، در پلاسماسفر زمین حرکت کرده و موج‌های پلاسما و میدان‌های مغناطیسی را اندازه‌گیری می‌کند. موقعیت مناسب این ماهواره در زمان رویداد مه ۲۰۲۴، امکان ثبت فشرده شدن شدید پلاسماسفر و بازگشت کند آن را با جزئیاتی فراهم کرد که تاکنون مشاهده نشده بود.

شین‌بوری توضیح داد: «ما تغییرات پلاسماسفر را با ماهواره آرِیزه دنبال کردیم و از گیرنده‌های GPS زمینی برای رصد یونوسفر که منبع ذرات باردار پلاسماسفر است، استفاده کردیم. نظارت همزمان بر این دو لایه نشان داد که پلاسماسفر تا چه حد فشرده شد و چرا بازسازی آن طول کشید.»

دلیل بازسازی طولانی‌مدت: پدیده طوفان منفی

معمولاً پس از فروکش کردن یک طوفان خورشیدی، پلاسماسفر شروع به پر شدن مجدد با ذرات یونوسفر می‌کند و این روند یک تا دو روز طول می‌کشد. اما در مورد طوفان روز مادر، بازسازی بیش از چهار روز به طول انجامید. دلیل این تاخیر، پدیده‌ای به نام طوفان منفی است.

طوفان منفی وضعیتی است که در آن سطح ذرات در یونوسفر به‌طور گسترده کاهش می‌یابد و تغییرات شیمیایی جو، تولید یون‌های اکسیژن لازم برای پر شدن پلاسماسفر را مختل می‌کند. این ارتباط بین طوفان منفی و بازسازی طولانی‌مدت پلاسماسفر، تا کنون به وضوح مشاهده نشده بود.

پیامدهای اختلال بر فناوری‌های فضایی و زمین

اختلال طولانی‌مدت در پلاسماسفر پیامدهای جدی بر فناوری‌های وابسته به فضا دارد. در طول این طوفان:

• دقت سیستم‌های ناوبری GPS به شدت کاهش یافت.
• عملکرد چندین ماهواره مختل شد و برخی با مشکلات الکتریکی مواجه شدند.
• ارتباطات رادیویی تحت تاثیر قرار گرفت.

آگاهی از مدت زمان بازسازی پلاسماسفر پس از چنین رویدادهایی برای پیش‌بینی دقیق وضعیت هوافضا و حفاظت از زیرساخت‌های حیاتی فضایی و زمینی اهمیت ویژه‌ای دارد.

شفق قطبی در مناطق غیرمعمول

در شدیدترین مرحله ابرطوفان، فشرده شدن میدان مغناطیسی زمین باعث شد ذرات باردار تا نزدیکی خط استوا حرکت کنند. این امر شفق‌های قطبی چشمگیری را در عرض‌های جغرافیایی غیرمعمول ایجاد کرد؛ از جمله در کشورهایی مانند ژاپن، مکزیک و مناطق جنوبی اروپا که معمولاً در آن‌ها شفق مشاهده نمی‌شود.