محققان موفق به کشف نوعی اتم داغ هیدروژن در لایه های فوقانی اتمسفر زمین شدند. چیزی که با توجه به درک فعلی ما از فیزیک، غیر قابل توضیح است.
این کشف می تواند کاملا درک ما از کارکرد اتمسفر زمین را دگرگون کند، از جمله، چگونگی چرخه هیدروژن در اطراف اتمسفر و همچنین چگونگی محافظت اتمسفر سیاره و تکنولوژی های زمینی در برابر رویدادهایی مانند توفان های خورشیدی.
به گفته لارا والدروپ، محقق ارشد این مطالعه از دانشگاه ایلینوی، شیکاگو: “بنا بر فرضیات ما، اتم های هیدرون باید در ارتفاعات بالا، ارتفاعات چندین هزار کیلومتری وجود داشته باشند؛ اما این کشف ما نشان می دهد، این اتم ها در ارتفاعات کم تا 250 کیلومتر هم وجود دارند که چیز تعجب بر انگیزی است.”
وی در ادامه گفت: “نتایج یافته های ما نشان می دهد، مدل های جوی موجود، برخی از مسائل فیزیکی مهم را نادیده گرفته اند که می تواند تاثیر بسیاری در مطالعات مختلف از فرار اتمسفر تا ساختار حرارتی لایه های فوقانی اتمسفر داشته باشد. “
اتم های داغ، اتم هایی با مقادیر بالای انرژی تبدیل شونده هستند که با سرعت بالا حرکت می کنند. این اتم ها زمانی که مولکولی به سطحی می چسبد، تشکیل شده و اتم هایی با مقادیر بالایی از انرژی آزاد می کنند.
از آنجایی که اتم های هیدروژن بسیار سبک هستند، به راحتی می توانند بر کشش گرانشی زمین غلبه کرده و به فضای بین سیاره ای بروند. در واقع، مریخ به همین صورت آب خود را از دست است. به همین علت، محققان انتظار حضور این اتم های داغ هیدروژن را در سطوح فوقانی اتمسفر نداشتند.
آنها انتظار نداشتند، این اتم ها در لایه ترموسفر زمین وجود داشته باشند، لایه ای که از ارتفاع 85 کیلومتری شروع می شود و تا ارتفاع 500 کیلومتری سطح زمین ادامه دارد. ترموسفر لایه ای است که بسیاری از ماهواره های مداری را در خود جای داده است. محققان با استفاده از ماهواره TIMED ناسا (مخفف ترموسفر، یونوسفر، مزوسفر، انرژی و دینامیک) موفق به این کشف شدند.
این کشف اهمیت زیادی دارد. چرا که این اتم های هیدروژن نقش مهمی را در لایه های فوقانی اتمسفر زمین ایفا می کنند و به عنوان محافظ سیاره ما از توفان های خورشیدی عمل می کنند.
این اتم ها همچنین اجرامی همچون ماهواره ها را در برابر محیط های ناسازگار فضا محافظت می کنند.
این تیم تحقیقاتی با توجه به اینکه اتم های هیدروژن اشعه ماوراء بنفش خورشید را پراکنده می کردند، موفق به کشف مقادیری اتم هیدروژن در لایه های فوقانی اتمسفر شدند. محققان سپس با استفاده از ماهواره TIMED، قادر به محاسبه فراوانی و همچنین نحوه توزیع فضایی هیدروژن شدند.
اما زمانی که تیم برای اولین بار این داده ها را مورد مطالعه قرار دادند، نمی توانستند، ارتباط معقولی با این مورد برقرار کنند، چرا که اتم های داغ هیدورن را هرگز پیش از این در لایه ترموسفر مشاهده نکرده بودند.
به گفته یناکی شین، یکی از اعضای این تیم تحقیقاتی: “فرضیات کلاسیک در مورد فیزیک اتمسفر فوقانی، اجازه حضور اتم های هیدروژن در ارتفاعات بالای اتمسفر را نمی داد. زمانی که ما رویکردمان را تغییر دادیم و از این فرضیه غیر فیزیکی صرف نظر کردیم، قادر به تفسیر این دست از داده ها شدیم.”
محققان با استفاده از مدل های جدید خود، نشان دادند، هر چقدر فعالیت های خورشیدی در این ناحیه کمتر باشد، اتم های داغ هیدروژن هم در ترموسفر بیشتر می شوند، چیزی که در آینده به درک چگونگی کارکرد اتمسفر کمک خواهد کرد.
شین در این مورد توضیح می دهد: “تحلیل ما از داده های ماهواره TIMED به یافته های ضد شهودی منجر شد که نشان می داد، اتم های هیدروژن موجود در ترموسفر با کاهش فعالیت های خورشیدی، به صورت قابل توجهی افزایش می یابد. چیزی که در تقابل با دمای محیط اتمسفر بود که با کاهش فعالیت های خورشیدی، دمای آن کاهش می یابد.”
این تیم همچنین دریافتند، حضور اتم های هیدروژن در ترموسفر به طور قابل توجهی نحوه توزیع اتم های هیدروژن در بقیه اتمسفر را هم تحت تاثیر قرار می دهد. اما سوال اساسی مهم در این مورد، این است که این اتم های داغ هیدروژن از کجا نشأت گرفته اند؟ چیزی که تاکنون به صورت یک راز باقی مانده است!
والدروپ در این مورد می گوید: “ما می دانیم که این اتم های داغ هیدروژن باید منشأیی داشته باشند، در ترموسفر محلی و یا لایه های دورتر اتمسفر؛ اما اکنون پاسخ قانع کننده ای در اختیار نداریم.”
شین هم در این مورد توضیح داده: “ما قطعا به حل این معما ادامه خواهیم داد، چرا که دانسته های ما در مورد توزیع چگالی هیدروژن برای بررسی سیستم های اتمسفری و همچنین آب و هوای فضا اهمیت حیاتی دارند؛ زیرا بسیاری از تکنولوژی های مبتنی بر فضای جامعه مدرن را تحت تاثیر قرار می دهند.”
مطالعه این محققان در نشریه “Nature Communications” به چاپ رسیده است.
.
منبع: sciencealert
