کمربندهای ون‌آلن دو لایه از ذرات باردار و پرانرژی‌اند که دورتادر زمین را فراگرفته‌اند. این کمربندها درروزهای نخست پرتاب ماهواره‌ها به مدار زمین در سال ۱۹۵۸ کشف شدند. کاشف آن‌ها همان‌طور که از نام کمربندها معلوم است، جیمز ون‌آلن بود. در مأموریت‌های بعدی فضایی به مرور این کمربندها بیشتر بررسی شدند. مثلاً ماهواره‌ی SAMPEX که در سال ۱۹۹۲ به مدار زمین پرتاب شد کمربندها را از پایین بررسی می‌کرد اما با همه‌ی تحقیقاتی که انجام شد این پرسش هم‌چنان باقی ماند: چه چیزی باعث پویایی،‌ناپایداری و دگرگونی کمربندها‌ی ون‌آلن می‌شود؟ درواقع در طولانی‌مدت به نظر می‌رسید که ذرات طوفان‌های خورشیدی که به زمین می‌رسیدند گاهی هیچ نوع تأثیری بر کمربندها ندارند.  

به همین علت دانشمندان درخواست کردند که تلسکوپ REPT (مخفف نام تلسکوپ پروتون-الکترون نسبیتی) به سرعت کار خود را آغاز کند، یعنی فقط سه روز پس از پرتاب این تلسکوپ به فضا! آن‌ها امیدوار بودند تا رصدهای این تلسکوپ با رصدهای فضاپیمای SAMPEX هم‌زمان شود و اطلاعات دقیق‌تری به دست بیاورند. بنابراین بود که فضاپیمای SAMPEX تا چند روز بعد (یعنی ۱۳ نوامبر ۲۰۱۲) از مدار خارج شود و به زمین بازگردد.

البته این درخواست به جایی بود زیرا اندکی پس از این‌که تلسکوپ REPT کار خود را آغاز کرد، فعالیت‌های خورشیدی شدت یافت و پرتوهای پرانرژی به کمربند ون‌آلن رسید و این تلسکوپ هم مشغول جمع‌آوری اطلاعات، ثبت اندازه‌ی ذرات رسیده به کمربندها و مقدار انرژی آن‌ها شد.

ذرات خورشیدی این‌بار دانشمندان را بسیار متعجب کردند. این ذرات کمربند سومی را که دور زمین قرار دارد، آشکار کردند. شری کنکال Shri Kanekal یکی از دانشمندان این پروژه می‌گوید:«روز پنجم کاری تلسکوپ REPT، ما آن‌قدر از یافته‌هایمان تعجب کردیم که فکر می‌کردیم اشتباهی در محاسبات و ایرادی در ابزارهای ما به وجود آمده است. به همین علت همه‌چیز را بررسی کردیم اما کمربند سوم به زیبایی روزها پس از روزها تا چهار هفته آن‌جا قرار داشت».

بنابراین دانشمندان دوباره مدل‌هایی را که از کمربندهای تابشی داشتند همراه با یافته‌های جدید خود بررسی کردند. کمربندها در برابر ذراتی که تازه به آن‌ها می‌رسند، تغییر شکل می‌دهند و متورم می‌شوند اما دانشمندان علت آن را نمی‌دانند. البته این موضوع امر بسیار مهمی است چراکه این ذرات تهدیدی برای فضاپیماها،‌ ماهواره‌ها و فضانوردان‌اند.  

مأموریت بعدی برای بررسی کمربند‌ها، کاوش‌گرهای ون‌آلن، دو فضاپیمای شبیه به همند که باید از مناطق گوناگون کمربندها نقشه‌‌هایی با جزئیات بسیار دقیق بردارند. این کاوش‌گرها روز ۳۰ آگوست ۲۰۱۲ به فضا پرتاب شدند.

ذرات خورشیدی این‌بار دانشمندان را بسیار متعجب کردند. این ذرات کمربند سومی را که دور زمین قرار دارد، آشکار کردند. این کمربند بسیار ناپایدار است و فقط ۴ هفته دوام آورد.

در شش ماه نخست (از آغاز کار تا امروز)، ابزارهای ون‌آلن عالی کار ‌کردند و دانشمندان از سیل اطلاعاتی که به سوی آن‌ها جاری بود به هیجان آمده بودند. یافتن کمربند سوم بی‌این‌که حتی حدسی در این باره وجود داشته باشد بسیار هیجان‌انگیز است. نقشه‌های کاوش‌گر ون‌آلن ذرات را با انواع انرژی‌هایشان بررسی می‌کند و امواج مغناطیسی را ثبت خواهد کرد که گاهی آن‌قدر با قدرت جریان دارند که به ذرات سرعتی باورنکردنی می‌دهند و همه‌ی آن‌ها یک‌جا از کمربند‌های تابشی زمین فرار می‌کنند.

نمایی خیالی از کاوش‌گرهای ون‌آلن

اگر کمربندهای تابشی را با ذراتی مقایسه کنیم که در شتاب‌دهنده‌های بزرگ زمین مورد آزمایش قرار می‌گیرند، می‌بینید که در شتاب‌دهنده‌ها میدان مغناطیسی ذرات را در حلقه‌هایی دایره‌ای شکل به حرکت درمی‌آورد در حالی‌که امواج انرژی به سوی آن‌ها فرستاده می‌شود تا سرعت این ذرات به طوری باورنکردنی افزایش یابد. در چنین شتاب‌دهنده‌هایی همه‌چیز به اندازه‌ و شکل حلقه‌ها و ویژگی‌ خود ذرات بستگی دارد. در کمربندهای ون‌آلن هم دقیقاً همین‌طور است. اگر دانشمندان بدانند که هر حلقه در کدام منطقه و در چه زمانی شکل می‌گیرد خواهند فهمید که کدام ذرات و امواج چنین ساختاری به کمربندها می‌دهند.  

دانشمندان نظریه‌هایی درباره‌ی نحوه‌ی قرارگیری ذرات در دو کمربند ون‌آلن دارند اما حالا باید به دنبال مدلی باشند که توضیح دهد کدام امواج باعث شکل‌گیری کمربند سوم می‌شوند؟ چرا کمربند سوم فقط چهار هفته دوام آورد؟ آیا این کمربند به صورت دوره‌ای شکل می‌گیرد؟

روز ۳۱ آگوست ۲۰۱۲ رشته‌های پرانرژی از سطح خورشید جدا شدند،‌ دانشمندان گمان می‌کنند این رشته‌های پرانرژی موج‌ضربه‌هایی ایجاد کرده‌اند که باعث تولد کمربند سوم شده است و دقیقاً‌ چهارهفته‌ی بعد، پس از رسیدن ذرات پرانرژی طوفان خورشیدی به زمین، باز هم موج‌ضربه‌هایی شکل گرفته‌اند که باعث از بین رفتن این کمربند شده‌اند. اما این فقط یک نظریه است و نیاز به تحقیق بیشتری دارد.

اکنون ۵۵ سال از کشف کمربندهای ون‌آلن می‌گذرد و گویا آن‌ها هنوز بخش‌های جدیدی دارند که آشکار نشده‌اند و باید این کمربندها را دقیق‌تر بررسی کرد.

منبع:

Astronomy.com