اتضح أن المجال المغناطيسي للأرض هو صياد ماهر. فهو يجذب الجسيمات المشحونة كهربائياً من الفضاء إلى حظيرة غير مرئية على شكل دونات حول كوكبنا تسمى "تيار الحلقة". يلعب هذا السرب الأسير من الجسيمات المشحونة دوراً مهماً في كيفية تفاعل الأرض مع الظروف المتغيرة في الفضاء - طقس الفضاء - والتي يمكن أن تؤثر على التكنولوجيا التي نعتمد عليها، مثل الأقمار الصناعية وشبكات الكهرباء. ومع ذلك، وعلى الرغم من عقود من الدراسة، لا يزال هناك الكثير مما لا نعرفه عن هذا الزنزانة السماوية.
تستعد ناسا لإطلاق مهمة مصممة لتقديم رؤية فريدة من الداخل إلى الخارج لتيار الحلقة. تسمى المهمة "STORIE" - تطور تصوير تيار الحلقة لأيونات الأكسجين الموجبة أثناء العواصف - ومن المقرر إطلاقها في مايو على متن مهمة إعادة الإمداد التجارية الرابعة والثلاثين لشركة سبيس إكس إلى محطة الفضاء الدولية لصالح ناسا. المهمة تحلق كجزء من حمولة برنامج اختبار الفضاء - هيوستن 11 (STP-H11)، وهي شراكة بين قوة الفضاء الأمريكية وناسا. بمجرد تركيبها آلياً على الجزء الخارجي من محطة الفضاء (متوقع بعد أيام قليلة من وصولها)، ستنظر STORIE إلى الخارج نحو تيار الحلقة، مما يساعد العلماء على الإجابة عن أسئلة قديمة حول كيفية نموه وانكماشه ونوع الجسيمات التي يتكون منها.
"هذه الجسيمات لها تأثيرات مهمة على طقس الفضاء"، قال أليكس غلوسر، الباحث الرئيسي لـ STORIE في مركز غودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا في غرينبيلت بولاية ماريلاند، حيث صمم وصنع الجهاز. "نريد أن نفهم كيف يتم بناء هذا التجمع المحتجز، ومن أين يأتي".
هذه التفاصيل مهمة بشكل خاص أثناء العواصف الشمسية، عندما يمكن أن تؤدي الانفجارات من الشمس إلى اضطرابات مغناطيسية على الأرض. على غرار أحزمة فان ألين الإشعاعية ولكنها مليئة بجسيمات ذات طاقة أقل، يميل تيار الحلقة إلى التقلب في الحجم والشكل والشدة بشكل أكثر دراماتيكية من الأحزمة الإشعاعية أثناء العواصف الشمسية. بالإضافة إلى ذلك، في تيار الحلقة، تتدفق الجسيمات موجبة الشحنة والجسيمات سالبة الشحنة في اتجاهين متعاكسين، مما يخلق تيارات كهربائية. لذلك، يمكن أن تؤدي التغييرات هناك إلى تقلبات مغناطيسية وتيارات مستحثة على الأرض، مما قد يؤثر على خطوط الأنابيب وخطوط الكهرباء. يمكن أن يساهم تيار الحلقة أيضاً في تراكم الشحنات على سطح الأقمار الصناعية التي تدور حول الأرض، مما قد يسبب أعطالاً في المركبات الفضائية. بالإضافة إلى ذلك، عندما تتصاعد الطاقة في تيار الحلقة، يتم نقل بعض تلك الطاقة إلى الغلاف الجوي العلوي، مما يجعله يسخن وينتفخ ويخلق سحباً أكبر على الأقمار الصناعية، مما قد يتسبب في خروج المركبة الفضائية من المدار في وقت أقرب من المتوقع.
ومع ذلك، من الصعب دراسة تيار الحلقة مباشرة لأن الجسيمات داخله غير مرئية. "لا يمكنك تصويرها بكاميرا عادية"، أوضح غلوسر. بدلاً من ذلك، سيقوم STORIE بمسح وهج الذرات المحايدة النشطة (ENAs) التي تتشكل عندما تنجح الجسيمات المشحونة المحتجزة في تيار الحلقة في الهروب. تكسب الجسيمات حريتها عن طريق سرقة إلكترون من الغلاف الجوي الخارجي للأرض، المعروف باسم الغلاف الخارجي، وتصبح محايدة. "بمجرد أن تصبح تلك الجسيمات المشحونة محايدة، لم تعد تشعر بتأثيرات المجال المغناطيسي للأرض، ولم تعد محتجزة"، قال غلوسر. "يمكنها ببساطة الطيران بعيداً في أي اتجاه".
من خلال قياس سرعة واتجاه الذرات المحايدة النشطة، يمكن أن يساعد STORIE في الإجابة عن أسئلة قديمة حول أصول الجسيمات في تيار الحلقة - سواء كانت مزودة بتيار من الجسيمات المتدفقة من الشمس، المعروفة باسم الرياح الشمسية، أو من الأرض. صمم فريق STORIE الجهاز ليعير اهتماماً خاصاً لذرات الأكسجين موجبة الشحنة (O+) لأنه، وفقاً لغلوسر، "عندما ترى أكسجين، فهذا يأتي من الغلاف الجوي. تحصل على القليل جداً من ذلك من الرياح الشمسية". إذا وجد STORIE الكثير من ذرات الأكسجين، سيعرف العلماء أن تيار الحلقة مزود إلى حد كبير من الغلاف الجوي للأرض، وليس من الرياح الشمسية.
غلوسر وعلماء آخرون يريدون أيضاً معرفة ما إذا كان تجمع الجسيمات المشحونة في تيار الحلقة