ملتقى الفيزيائيين العرب - الحزام الاشعاعي الأرضي

الحزام الاشعاعي للأرض (أحزمة فان آلين-فيرنوف):
بعد اكتساف الاشعة الكونية _ أي تيارات الجسيمات الساقطة على الأرض من الخارج _ كان التطور الهام جدا في هذا المجال من الفيزياء مرتبط كلية بشروط التجارب المجراة أي مرتبط بالارتفاعات التي كان من الممكن رفع الأجهزة المعقدة والعدادات إليها فوق سطح الأرض.
ولم يكن مستغربا أن تكون هناك أجهزة مخصصة لدراسة الجسيمات المشحونة ضمن الحمولة المفيدة للصواريخ التي انطلقت خارج الغلاف الجوي إلى الفضاء الخارجي و أن تحتل المركز الأول فيها .
وقد أثارت الاشارات الاولى عن معطيات هذه لأجهزة و التي أرسلت بواسطة الراديو اوتوماتيكيا إلى الأرض دهشة العلماء البالغة فلدى وصول المخابر الفضائية الى ارتفاعات معينة فوق سطح الأرض فإنها
دخلت في مناطق مشبعة بكثافة الجسيمات المشحونة ذات الطاقلت العالية جدا والتي تختلف إلى حد كبير عن الجسيمات الكونية الابتدائية والثانوية التي جرت ملاحظتها سابقا.
وفي وقت واحد تقريبا وصل كل من العالم السوفياتي فيرنوف والفيزيائي الأميركي فان آلين إلى ان الكرة الارضية محاطة عند سطحها الستوائي بحزامين_وحتى بثلاثة أحزمة حسب آخر المعطيات_مفصولة عن بعضها بوضوح تشبه كعكات هائلة مشحونة بكثافة بجسيمات ذات شحنات وطاقات وكتل مختلفة.و تتغيير كثافة الجسيمات في كل حزام من طرفه إلى طرفه الآخر مع العلم ان الفضاء المقابل للقطبين من الجسيمات علميا. وبعد معالجة معطيات الصواريخ والتوابع الصنعية الاولى أصبح واضحا أن الحديث يدور حول جسيمات مشحونة أسرتها الساحة المغناطيسية للأرض.
من المعروف أن أية جسيمات مشحونة لدى وقوعها في ساحة مغناطيسية تبدأ (بالتجمع) على خطوط قوى هذه الساحة وتتحرك على طولها في الوقت نفسه.كما تتعلق أبعاد لفات الحلزون الناتج بالسرعة الابتدائية للجسيمات و بكتلتها وشحنتها وشدة الساحة المغناطيسية الأرضية في تلك المنطقة من الفضاء القريب من الأرض الذي دخلت إليه الجسيمات وتَغَيير اتجاه حركتها فيه.
وإن ساحة الأرض المغناطيسية غير متجانسة فهي متراصة عند القطبين ولهذا السبب فإن الجسيم المشحون الذي بدأ حركته على مسار حلزوني على طول خط القوة من منطقة قريبة من خط الاستواء باتجاه القطبين فانه لدى اقترابه منها يتعرض إلى مقاومة أكبر فأكبر حتى يتوقف ثم يعود أدراجه الى خط الاستواء ونحو القطب المقابل حيث يعود لبدء حركته العكسية من جديد.وهكذا نرى الجسيم و كأنه وقع في (المصيدة المغناطيسية) للأرض.
يبدأ الحزام الأول على ارتفاع حوالي 500كم فوق النصف الغربي للكرة الأرضية وعلى ارتفاع
1500كم فوق نصفها الشرقي.و أكبر تركيز للجسيمات في هذا الحزام _نواته_موجود على ارتفاع 2_3 آلاف الكيلو مترات ويصل الحد العلوي لهذا الحزام الى ارتفاع 3_4 آلاف الكيلو مترات فوق سطح الأرض أما حزام الجسيمات الثاني فيمتد من 10_11 وحتى 40_60 ألف كيلو متر مع تركيز أعظمي للجسيمات على ارتفاع 20 ألف كيلو متر .و يبدأ الحزام الخارجي على ارتفاع 60_75 ألف كيلو متر .ان رسم الحدود الخارجية لهذه الأحزمة ما زال حتى الآن وتقريبيا وعلى ما يبدو فان هذه الحدود تتغيير ضمن مجال ما دوريا .
يختلف هذان الحزامان عن بعضهما في أن الأول منهما الأقرب إلى الارض يتألف من بروتونات مشحونة إيجابا ذات طاقة كبيرة جدا تقدر بحوالي 100 ميغا الكترون فولت ولذلك فقد كان القسم الاكثف من الساحة المغناطيسية للأرض هو الوحيد القادر على أسرها أما الحزام الثاني فيتألف بشكل رئيسي من الالكترونات التي لا تزيد طاقتها عن 30_100 كيلو الكترون فولت .أما الحزام الثالث فيقع في منطقة تتمييز بأن الساحة المغناطيسية الأرضية ضعيفة جدا ولهذا السبب نجد في هذا الحزام جسيمات طاقتها تساوي أو تزيد عن 200 الكترون فولت . واذا اخذنا بالاعتبار أن أشعة رونتجن العادية المستخدمة للأغراض الطبية ولفترات قصيرة تمتلك طاقة تساوي 30_50 كيلو إلكترون فولت و أن الأجهزة الكبيرة المستخدمة في التصوير الاشعاعي للقطع المعدنية الكبيرة تتراوح طاقتها بين 200 كيلو الكترون فولت
و2 ميغا الكترون فولت فان من السهل أن نتصور مدى خطورة هذه الأحزمة وخاصة الحزامان الاول والثاني على رواد الفضاء وكذلك على جميع الكائنات الحية أثناء رحلاتها إلى كواكب أخرى .
ولهذا السبب يبذل الآن العلماء قصارى جهدهم في محاولة تدقيق مواقع وأشكال هذه الأحزمة و توزع الجسيمات فيها وهناك أمر واحد واضح الآن وهو أن الممرات التي ستستخدم لخروج المركبات الفضائية المأهولة في مسارها نحو العوالم الأخرى ستكون المناطق القريبة من القطبين المغناطيسيين للأرض وهذه
المناطق خالية من الجسيمات ذات الطاقة العالية .
والسؤال المنطقي الذي يطرح نفسه هو : من أين جاءت كل هذه الجسيمات؟؟؟؟
لقد أتت بشكل رئيسي من الشمس . من المؤكد الآن أن الأرض رغم بعدها الهائل عن الأرض واقعة ضمن القسم الخارجي للغلاف الجوي الشمسي يؤكد ذلك بشكل خاص ان ازدياد النشاط الشمسي وبالتالي ازدياد عدد الجسيمات التي تطلقها الشمس وطاقتها, يؤدي إلى ازدياد عدد الالكترونات في الحزام الاشعاعي الثاني و كأن هذا الأخير ينضغط نحو الأرض بتأثير الريح الشمسية . كما في المصيدة المغناطيسية للأرض كذلك الجسيمات الكونية التي لا تكفي طاقتها كي تخترق هذه المصيدة وكذلك الجسيمات المتشكلة نتيجة اصطدامات جسيمات الأشعة الكونية الأولية ذات الطاقات الكبيرة مع ذرات الطبقات العلوية المتخلخلة جدا من الغالف الجوي والذي تبين أنه يمتد إلى مسافات أبعد مما كان يعتقد سابقا _إلى حوالي 150كم عن سطح الأرض_.
اننا حتى لا نلقي بالا الى الدور الذي يلعبه الغلاف الجوي الشفاف والساحة المغناطيسية الأرضية كدرع واق للإنسان ولكل ما هو حي على الكرة الارضية . أما بالنسبة للقسم الضئيل من الاشعاع الذي
يستطيع اختراق الدروع الزدوجة الطبيعية للأرض فإن الكائنات الحية وعلى رأسها الإنسان وعبر مئات ملايين السنين من تطورها قد تمكنت من التعايش مع هذه الظاهرة و أنه لمن الصعب حتى لأن نتصور
الاشكال التي كان من الممكن ان تاخذها الحياة على كوكبنا لو لم يكن هذا الاخير محميا تماما من كل اشكال الاشعة الكونية ومن الواضح ان خروج الإنسان إلى الفضاء سوف يحرمه فورا من الدرع الواقي للغالف الجوي وللساحة المغناطيسسية وسوف يعرضه مباشرة لتأثير كل أشكال الاشعاع .