الأقمار الصناعية ترصد إشارات مغناطيسية مخفية في محيطات الأرض

كشفت بيانات من مهمة Swarm التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية عن اكتشاف مذهل.

فقد وجد الباحثون أن الإشارات المغناطيسية الخافتة التي يولدها المد والجزر في المحيطات يمكن أن تساعد في رسم خريطة لتوزيع الصهارة تحت قاع البحر.

ويمكن أن توفر هذه الإشارات أيضًا رؤى حول التغيرات طويلة الأمد في درجات حرارة المحيطات العالمية وملوحتها.

قدرة Swarm على اكتشاف هذه الاختلافات المغناطيسية الدقيقة تشكل خطوة مهمة إلى الأمام في مجال البحث الجيوفيزيائي.

فمن خلال دراسة هذه الإشارات الضعيفة، يستطيع العلماء أن يفهموا بشكل أفضل التفاعلات المعقدة بين المجال المغناطيسي للأرض والتيارات المحيطية وحتى النشاط البركاني تحت سطح البحر.

نُشرت الدراسة في مجلة Philosophical Transactions of the Royal Society A .

قدرات Swarm الفريدة

السرب هو عبارة عن مجموعة من ثلاثة أقمار صناعية تدور حول الأرض على ارتفاع يتراوح بين 462 كم (287 ميلاً) و511 كم (318 ميلاً) فوق سطح الأرض.

تم إطلاق هذه الأقمار الصناعية في عام 2013، وتم تصميمها لدراسة المجال المغناطيسي الأرضي بدقة غير مسبوقة.
يمتد المجال المغناطيسي للأرض إلى الفضاء ويعمل كدرع واقٍ ضد الإشعاع الشمسي.

ويُعتقد أن المصدر الأساسي لهذا المجال هو حركة الحديد السائل في اللب الخارجي.

ومع ذلك، هناك عوامل أخرى تساهم في المغناطيسية الشاملة للكوكب، بما في ذلك الصخور الممغنطة في القشرة.

في حين لا تعتبر المحيطات عادة مصدرًا للمغناطيسية، فإن مياه البحر المالحة تعتبر موصلًا معتدلًا للكهرباء.

عندما تتحرك مد وجزر المحيطات عبر المجال المغناطيسي للأرض، فإنها تولد تيارات كهربائية ضعيفة، والتي بدورها تنتج إشارات مغناطيسية خافتة.

تعتبر هذه الإشارات ضعيفة للغاية مقارنة بالإشارات التي يولدها نواة الكوكب، ولكن الأجهزة شديدة الحساسية الموجودة على متن مرصد Swarm قادرة على اكتشافها من الفضاء.

التوقيع المغناطيسي المخفي للمحيط

تستطيع أجهزة الاستشعار المتقدمة التي تمتلكها سفينة Swarm، بما في ذلك أجهزة قياس المغناطيسية الحديثة، التمييز بين الإشارات المغناطيسية الخافتة للمد والجزر من مصادر أخرى أقوى، وتسمح هذه القدرة للباحثين بدراسة عمود المياه بالكامل في المحيط بطرق لم تكن ممكنة من قبل.

وأشارت أنيا ستروم، مديرة مهمة Swarm التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية، إلى أن “هذه الدراسة تظهر أن Swarm يمكن أن توفر بيانات عن خصائص عمود الماء بأكمله في محيطاتنا”.

هذه القدرة تشكل نقطة تحول في علم المحيطات وعلم المناخ، فمن خلال تحليل هذه التوقيعات المغناطيسية، يستطيع العلماء اكتساب رؤى جديدة حول ديناميكيات المحيطات، بما في ذلك التغيرات في درجات الحرارة والملوحة بمرور الوقت.
وتلعب هذه العوامل دورا حاسما في فهم تغير المناخ والتنبؤ بالتحولات البيئية المستقبلية.

توزيع الصهارة تحت المحيط

بالإضافة إلى مساهماتها في علوم المحيطات، تساعد Swarm الباحثين أيضًا في دراسة توزيع الصهارة تحت قاع المحيط، تعد هذه المعلومات ضرورية لفهم النشاط البركاني، وخاصة في المناطق النشطة زلزاليًا.

يعد ثوران هونجا تونجا عام 2022 أحد أهم الأحداث البركانية في التاريخ الحديث، حيث أظهر القوة التدميرية للبراكين تحت الماء.

فهم كيفية تحرك الصهارة وتراكمها تحت قاع البحر يمكن أن يحسن أنظمة الإنذار المبكر لمثل هذه الانفجارات في المستقبل.

طول عمر Swarm غير المتوقع

صُممت مهمة Swarm في الأصل لتكون مهمة مدتها أربع سنوات، ولكنها كانت تعمل منذ أكثر من عقد من الزمان.

وقد أتاحت مدة المهمة الممتدة للعلماء الفرصة لاستكشاف أسئلة بحثية جديدة لم تكن في الحسبان في البداية.

كما قالت أنيا ستروم “هذه إحدى فوائد الرحلات الجوية التي تستغرق وقتًا أطول من المخطط لها في الأصل، لذا، فمن خلال الطيران طالما أن الناتج العلمي يتمتع بجودة ممتازة والموارد تسمح بذلك، يمكنك معالجة الأسئلة العلمية التي لم تكن متوقعة في الأصل”.

ومع هبوط الأقمار الصناعية تدريجيا بسبب مقاومة الغلاف الجوي، أصبحت الآن في وضع يسمح لها بالتقاط إشارات مغناطيسية أضعف من المحيط، والتي كانت في السابق بعيدة عن متناول أجهزتها.

لقد فتحت هذه الفائدة غير المقصودة آفاقًا جديدة للبحث، مما سمح لـ Swarm بالمساهمة ببيانات أكثر قيمة في سنواتها الأخيرة.

النشاط الشمسي والإشارات الخافتة

وكان أحد العوامل الرئيسية التي سمحت لـSwarm باكتشاف هذه التوقيعات المغناطيسية المحيطية الضعيفة هو فترة النشاط المنخفض للشمس حوالي عام 2017.

خلال هذا الوقت، المعروف باسم الحد الأدنى من النشاط الشمسي، كان هناك تدخل أقل من الطقس الفضائي، مما سمح للأقمار الصناعية بجمع بيانات أنظف.

وأوضح ألكسندر جرايفر، المؤلف الرئيسي للدراسة من جامعة كولونيا ، أن “هذه الإشارات هي من بين أصغر الإشارات التي رصدتها مهمة Swarm حتى الآن”، ” إن هذه البيانات جيدة بشكل خاص لأنها جُمعت خلال فترة الحد الأدنى من النشاط الشمسي، عندما كان هناك ضوضاء أقل بسبب الطقس الفضائي.”

الحد الأدنى للنشاط الشمسي هو مرحلة في دورة الشمس التي تستمر 11 عامًا عندما يكون نشاط سطحها في أدنى مستوياته، خلال هذا الوقت، تصدر الشمس عددًا أقل من الجسيمات المشحونة والإشعاع الكهرومغناطيسي .

ويجعل هذا الانخفاض في التداخل الشمسي من الأسهل بالنسبة لأجهزة Swarm اكتشاف الإشارات الجيومغناطيسية الضعيفة التي قد تكون غامضة لولا ذلك.

دراسات مستقبلية للإشارات المغناطيسية الدقيقة

ويأمل العلماء أن تستمر مهمة Swarm في العمل بعد عام 2030، على الرغم من هبوطها التدريجي.

وإذا ظلت المهمة نشطة خلال فترة الحد الأدنى من النشاط الشمسي القادم، فسوف تتاح لها فرصة أخرى لرصد هذه الإشارات المغناطيسية الدقيقة بوضوح أكبر.

مع كل اكتشاف جديد، يعزز مشروع Swarm قيمة البعثات الفضائية طويلة الأمد، فقد بدأ المشروع كمشروع لدراسة مغناطيسية الأرض ثم تطور إلى أداة قوية لفهم محيطات الكوكب ومناخه وحتى نشاطه البركاني.

ومع استمرار Swarm في رحلتها، ستظل بياناتها موردًا بالغ الأهمية للباحثين الذين يسعون إلى كشف القوى الخفية التي تشكل كوكبنا.

سواء من خلال تتبع تيارات المحيطات، أو رسم خرائط لتدفقات الصهارة، أو اكتشاف أصغر التقلبات في المجال المغناطيسي للأرض، يثبت Swarm أنه حتى الإشارات الأضعف يمكن أن تكشف عن رؤى علمية عميقة