ترسيب الإلكترون
يُعدّ تساقط الإلكترونات (ويُسمى أيضًا تساقط الإلكترونات النشطة أو EEP ) ظاهرة جوية تحدث عندما تدخل الإلكترونات المحتجزة سابقًا إلى الغلاف الجوي للأرض ، مما يُسبب تداخلات في الاتصالات واضطرابات أخرى. [ 1 ] تدور الإلكترونات المحتجزة بفعل المجال المغناطيسي للأرض حول خطوط المجال لتشكيل حزام فان ألين الإشعاعي . تأتي هذه الإلكترونات من الرياح الشمسية وقد تبقى محتجزة فوق الأرض لفترة غير محددة (في بعض الحالات لسنوات). عندما تنتشر موجات التردد المنخفض جدًا (VLF) ذات النطاق العريض عبر الأحزمة الإشعاعية، تخرج الإلكترونات من الحزام الإشعاعي وتتساقط (أو تنتقل) إلى طبقة الأيونوسفير (وهي منطقة من الغلاف الجوي للأرض) حيث تصطدم الإلكترونات بالأيونات . [ 2 ] يرتبط تساقط الإلكترونات بشكل منتظم بنضوب طبقة الأوزون ، وغالبًا ما يكون سببه ضربات البرق .
عملية
التردد الدوراني للإلكترون هو عدد مرات دورانه حول خط المجال المغناطيسي. [ 1 ] تنتشر موجات التردد المنخفض جدًا (VLF) عبر الغلاف المغناطيسي ، والناتجة عن البرق أو أجهزة الإرسال القوية، عبر حزام الإشعاع. عندما تصطدم هذه الموجات بالإلكترونات بنفس ترددها الدوراني، يخرج الإلكترون من حزام الإشعاع ويتساقط (لأنه لن يتمكن من العودة إليه) في جميع أنحاء الغلاف الجوي للأرض والأيونوسفير. [ 2 ]
غالبًا ما يتجه الإلكترون، أثناء تساقطه، إلى طبقات الجو العليا حيث قد يصطدم بجزيئات متعادلة، مما يُفقد الإلكترون طاقته. [ 3 ] إذا تمكن الإلكترون من اختراق طبقات الجو العليا، فإنه سيواصل مساره إلى طبقة الأيونوسفير. يمكن لمجموعات الإلكترونات المتساقطة أن تُغير شكل طبقة الأيونوسفير وموصليتها عن طريق الاصطدام بالذرات أو الجزيئات (عادةً جزيئات أساسها الأكسجين أو النيتروجين [ 4 ] ) في المنطقة. [ 5 ] عند الاصطدام بذرة، ينتزع الإلكترون الإلكترونات الأخرى من الذرة مُكوّنًا أيونًا. كما تُطلق الاصطدامات مع جزيئات الهواء فوتونات تُسبب تأثيرًا خافتًا يُشبه الشفق القطبي . [ 4 ] نظرًا لحدوث ذلك على ارتفاع شاهق، فإن البشر في الطائرات لا يتأثرون بالإشعاع. [ 3 ]
تؤدي عملية التأين، الناتجة عن ترسب الإلكترونات في طبقة الأيونوسفير، إلى زيادة موصليتها الكهربائية، مما يؤدي بدوره إلى انخفاض مستوى قاع الأيونوسفير. [ 5 ] وعند حدوث ذلك، يحدث استنفاد للأوزون ، وقد تتعطل بعض الاتصالات. [ 1 ] ويُعد انخفاض مستوى الأيونوسفير مؤقتًا (إلا إذا كان ترسب الإلكترونات مستمرًا) بينما تتفاعل الأيونات والإلكترونات بسرعة لتكوين جسيمات متعادلة.
استنزاف طبقة الأوزون
يمكن أن يؤدي ترسب الإلكترونات إلى فقدان كبير وقصير الأجل للأوزون (يصل إلى حوالي 90%). ومع ذلك، ترتبط هذه الظاهرة أيضًا ببعض حالات استنفاد الأوزون على المدى الطويل. [ 6 ] كشفت الدراسات عن وقوع 60 حدثًا رئيسيًا لترسب الإلكترونات بين عامي 2002 و2012. وقد سجلت أدوات القياس المختلفة (انظر أدناه) متوسطات مختلفة لاستنفاد الأوزون تتراوح بين 5% و90%. إلا أن بعض الأدوات (وتحديدًا تلك التي سجلت متوسطات أقل) لم تأخذ قراءات دقيقة أو أغفلت بعض السنوات. عادةً ما يكون استنفاد الأوزون الناتج عن ترسب الإلكترونات أكثر شيوعًا خلال فصل الشتاء. سُجل أكبر حدث لترسب الإلكترونات في الدراسات التي أُجريت بين عامي 2002 و2012 في أكتوبر 2003. تسبب هذا الحدث في استنفاد الأوزون بنسبة تصل إلى 92%. واستمر لمدة 15 يومًا، ثم استعادت طبقة الأوزون عافيتها بالكامل بعد ذلك بيومين. تُعد دراسات استنفاد الأوزون EEP مهمة لرصد سلامة بيئة الأرض [ 7 ] والتغيرات في الدورة الشمسية . [ 6 ]
الأنواع
يمكن أن يحدث ترسب الإلكترونات بسبب موجات التردد المنخفض جدًا (VLF) الناتجة عن الاتصالات القوية القائمة على أجهزة الإرسال والعواصف الرعدية. [ 1 ]
الترسيب الإلكتروني الناتج عن البرق (LEP)
يحدث تساقط الإلكترونات الناتج عن البرق (المعروف أيضًا باسم LEP) عندما يضرب البرق الأرض. فعندما تضرب صاعقة الأرض، تنطلق نبضة كهرومغناطيسية (EMP) قادرة على ضرب الإلكترونات المحصورة في حزام الإشعاع. فتتحرر الإلكترونات وتتساقط في الغلاف الجوي للأرض. [ 1 ] ونظرًا لقوة النبضة الكهرومغناطيسية الناتجة عن ضربات البرق وانتشارها عبر نطاق واسع من الأطياف، فمن المعروف أنها تُسبب تساقطًا للإلكترونات أكثر من التساقط الناتج عن أجهزة الإرسال.
الترسيب الناتج عن جهاز الإرسال للإشعاع الإلكتروني (TIPER)
لإحداث تساقط الإلكترونات، يجب أن تُصدر أجهزة الإرسال موجات قوية للغاية بأطوال موجية تتراوح بين 10 و100 كيلومتر. [ 3 ] غالبًا ما تُسبب منظومات الاتصالات البحرية ظاهرة تساقط إشعاع الإلكترونات الناتج عن أجهزة الإرسال (TIPER) نظرًا للحاجة إلى موجات قوية للتواصل عبر الماء. تعمل هذه الأجهزة القوية على مدار الساعة تقريبًا. وفي بعض الأحيان، تمتلك هذه الموجات الاتجاه والتردد المناسبين تمامًا لإحداث تساقط الإلكترونات من حزام الإشعاع.
طرق القياس
يمكن دراسة ترسب الإلكترونات باستخدام أدوات وأساليب متنوعة لحساب تأثيراته على الغلاف الجوي. يستخدم العلماء تحليل التراكب الزمني لمراعاة نقاط القوة والضعف لمجموعة كبيرة من أساليب القياس المختلفة. ثم يستخدمون البيانات التي تم جمعها لحساب وقت حدوث ظاهرة ترسب الإلكترونات وتأثيراتها على الغلاف الجوي.
قياسات الأقمار الصناعية
في معظم الحالات، تُعدّ قياسات الأقمار الصناعية لهطول الإلكترونات في الواقع قياساتٍ لنقص الأوزون، والتي تُربط بدورها بظواهر هطول الإلكترونات. [ 6 ] تستخدم الأجهزة المختلفة طيفًا واسعًا من الطرق لحساب مستويات الأوزون. ورغم أن بعض هذه الطرق قد تُقدّم بيانات غير دقيقة بشكلٍ ملحوظ، إلا أن متوسط جميع البيانات المُجمّعة يُعتبر دقيقًا على نطاق واسع.
غوموس
جهاز مراقبة الأوزون العالمي عن طريق احتجاب النجوم (GOMOS) هو أداة قياس موجودة على متن القمر الصناعي الأوروبي Envisat . يقيس الجهاز كميات الأوزون باستخدام الطيف الكهرومغناطيسي المنبعث من النجوم المحيطة، بالإضافة إلى الحسابات المثلثية في عملية تسمى الاحتجاب النجمي . [ 6 ]
سيبر
جهاز قياس إشعاع الغلاف الجوي باستخدام قياس الإشعاع واسع النطاق (SABER) هو أداة قياس موجودة على متن قمر ناسا الصناعي TIMED (ديناميكيات طاقة الغلاف الأيوني الحراري والغلاف الجوي المتوسط). [ 8 ] يقيس الجهاز الأوزون (وغيره من الظروف الجوية) من خلال مقياس إشعاع بالأشعة تحت الحمراء (بنطاق طيفي من 1.27 ميكرومتر إلى 17 ميكرومتر).
نظام MLS
يقيس جهاز قياس الموجات الدقيقة للأطراف (MLS) ، وهو جهاز مثبت على متن القمر الصناعي أورا ، انبعاثات الموجات الدقيقة من الغلاف الجوي العلوي للأرض. ويمكن أن تساعد هذه البيانات الباحثين في تحديد مستويات استنفاد الأوزون بدقة تصل إلى 35%. [ 6 ]
ميب
يقيس كاشف البروتونات والإلكترونات متوسطة الطاقة (MEPED) الإلكترونات في حزام الإشعاع الأرضي ويمكنه تقدير كمية الإلكترونات المتساقطة في الغلاف الأيوني. [ 6 ]
الكشف تحت طبقة الأيونوسفير
في تقنية الكشف تحت الأيونوسفيري، تُرسل إشارة من مُرسِل بتردد منخفض جدًا عبر حزام الإشعاع إلى مُستقبِل بتردد منخفض جدًا في الطرف الآخر. [ 3 ] تُسبب إشارة التردد المنخفض جدًا ترسب بعض الإلكترونات، مما يُشوش الإشارة قبل وصولها إلى المُستقبِل. يقيس المُستقبِل هذه التشوهات ويستخدم البيانات لتقدير كمية الإلكترونات المترسبة.
بايبر
جهاز PIPER هو مقياس ضوئي من صنع جامعة ستانفورد، مصمم خصيصًا لالتقاط الفوتونات المنبعثة عند حدوث التأين في طبقة الأيونوسفير. [ 1 ] يمكن للباحثين استخدام هذه البيانات للكشف عن أحداث EEP وقياس كمية الإلكترونات المتساقطة.
الأشعة السينية
يمكن استخدام أجهزة الأشعة السينية بالتزامن مع أجهزة أخرى لقياس ترسب الإلكترونات. [ 1 ] ولأن الأشعة السينية تنبعث أثناء تصادمات الإلكترونات، فإنه يمكن ربط الأشعة السينية الموجودة في طبقة الأيونوسفير بأحداث ترسب الإلكترونات.
الاستشعار عن بعد بترددات منخفضة للغاية
الاستشعار عن بعد بترددات منخفضة جدًا هو تقنية لرصد ترسب الإلكترونات من خلال مراقبة إشارات الترددات المنخفضة جدًا الصادرة عن البحرية الأمريكية لرصد "أحداث ترومي" (تغيرات كبيرة في طور وسعة الموجات). [ 1 ] على الرغم من أن هذه الطريقة قادرة على رصد ترسب الإلكترونات، إلا أنها لا تستطيع رصد تأين هذه الإلكترونات.
تاريخ
كان جيمس فان ألين من جامعة ولاية أيوا ، مع فريقه، أول من استخدم مركبات مزودة بأجهزة استشعار لدراسة تدفقات الإلكترونات المتساقطة في الغلاف الجوي باستخدام صواريخ روكون . وكانت هذه الصواريخ تصل إلى ارتفاع أقصى يبلغ 50 كيلومترًا. وقد سُمّي الإشعاع اللين الذي تم رصده لاحقًا باسم فان ألين في عام 1957. [ 9 ]
وقد قام وينكلر وفريقه من جامعة مينيسوتا بالتقدم التالي في أبحاث ترسيب الإلكترونات. استخدموا بالونات تحمل أجهزة كشف إلى الغلاف الجوي. [ 9 ]
مراجع
- 1 2 3 4 5 6 7 8 "ملاحظات أرضية لترسب الإلكترونات الناتج عن البرق | مجموعة ستانفورد للترددات المنخفضة جدًا" . vlf.stanford.edu . تاريخ الاسترجاع: 19 أكتوبر 2015 .
- فوس ، إتش دي ؛ إيمهوف، دبليو إل؛ والت، إم؛ موبيليا، جيه؛ غينز، إي إي؛ ريغان، جيه بي؛ إينان، يو إس؛ هيليويل، آر إيه؛ كاربنتر، دي إل (20 ديسمبر 1984). "ترسيب الإلكترونات الناتج عن البرق". مجلة نيتشر . 312 (5996): 740-742 . رمز Bibcode : 1984Natur.312..740V . doi : 10.1038/312740a0 . S2CID 4302334 .
- 1 2 3 4 "ترسيب إلكترونات حزام الإشعاع الناتج عن جهاز الإرسال | مجموعة ستانفورد للترددات المنخفضة جدًا" . vlf.stanford.edu . تم الاطلاع عليه بتاريخ 21-10-2015 .
- 1 2 "إنها تمطر إلكترونات!" . جيوسبيس . 14 ديسمبر 2010. تم الاسترجاع في 26 أكتوبر 2015 .
- 1 2 "رصد ترسب الإلكترونات النشطة | أعلاه: مصفوفة لرصد انبعاثات الترددات المنخفضة جدًا/المنخفضة للغاية عبر نطاق واسع" . www.ucalgary.ca . تاريخ الاسترجاع: 21 أكتوبر 2015 .
- 1 2 3 4 5 6 أندرسون، م. إي.؛ فيرونين، ب. ت.؛ رودجر، س. ج.؛ كليفرد، م. أ.؛ سيبالا، أ. (14 أكتوبر 2014). "عامل مفقود في العلاقة بين الشمس والأرض ناتج عن ترسب الإلكترونات النشطة يؤثر على الأوزون في الغلاف الجوي المتوسط" . نيتشر كوميونيكيشنز . 5 : 5197. Bibcode : 2014NatCo...5.5197A . doi : 10.1038/ncomms6197 . PMC 4214406. PMID 25312693 .
- ↑ "معلومات عن استنزاف طبقة الأوزون، حقائق عن استنزاف طبقة الأوزون، طبقة الأوزون، ثقب الأوزون - ناشيونال جيوغرافيك" . ناشيونال جيوغرافيك . مؤرشف من الأصل في 28 سبتمبر 2011. تم الاطلاع عليه في 26 أكتوبر 2015 .
- ↑ "SABER - قياس الغلاف الجوي باستخدام قياس الإشعاع ذي النطاق العريض" . saber.gats-inc.com . تم الاطلاع عليه بتاريخ 1 نوفمبر 2015 .
- براون ، ر . ر. (1966). "1966SSRv....5..311B الصفحة 311". مراجعات علوم الفضاء . 5 (3): 311. رمز Bibcode : 1966SSRv....5..311B . doi : 10.1007/BF02653249 . S2CID 120910695 .
- إلكترون