نجم البحر برايم

كانت تجربة "ستارفيش برايم" تجربة نووية على ارتفاعات عالية أجرتها الولايات المتحدة، بجهد مشترك بين لجنة الطاقة الذرية ووكالة دعم الدفاع الذري . أُطلقت من جزيرة جونستون المرجانية في 9 يوليو 1962، وكانت أكبر تجربة نووية تُجرى في الفضاء الخارجي ، وواحدة من خمس تجارب أجرتها الولايات المتحدة في الفضاء.

أُطلق صاروخ ثور يحمل رأسًا نوويًا حراريًا من طراز W49 (صُمم في مختبر لوس ألاموس العلمي) ومركبة إعادة دخول من طراز Mk. 2 من جزيرة جونستون المرجانية في المحيط الهادئ، على بُعد حوالي 1450 كيلومترًا ( 900 ميل ) غربًا وجنوب غرب هاواي . وقع الانفجار على ارتفاع 400 كيلومتر (250 ميلًا) ، فوق نقطة تبعد 31 كيلومترًا (19 ميلًا) جنوب غرب جزيرة جونستون المرجانية. بلغت قوته التفجيرية 5.9 بيتاجول ( 1.4 ميغا طن ) . كان موقع الانفجار على ارتفاع 10 درجات تقريبًا فوق الأفق كما يُرى من هاواي، في تمام الساعة 11 مساءً بتوقيت هاواي. ^{[ 1 ] : 3}      

كان اختبار ستارفيش واحداً من خمسة اختبارات على ارتفاعات عالية تم تجميعها معاً تحت مسمى عملية فيشبول ضمن عملية دومينيك الأكبر ، وهي سلسلة من الاختبارات التي أجريت في عام 1962 رداً على إعلان الاتحاد السوفيتي في 30 أغسطس 1961، بإنهاء وقف دام ثلاث سنوات على الاختبارات. ^{[ 2 ]}

في عام 1958، أكملت الولايات المتحدة ست تجارب نووية على ارتفاعات عالية، أسفرت عن نتائج غير متوقعة وأثارت العديد من التساؤلات الجديدة. وفقًا للتقرير المؤقت لمسؤول مشروع الحكومة الأمريكية بشأن مشروع ستارفيش برايم: ^{[ 3 ]}

التجارب النووية السابقة على ارتفاعات عالية، مثل تجارب YUCCA و TEAK و ORANGE ، بالإضافة إلى تجارب ARGUS الثلاث، كانت تفتقر إلى أجهزة قياس دقيقة ونُفذت على عجل. ورغم الدراسات المعمقة للبيانات الشحيحة، فإن النماذج الحالية لهذه الانفجارات غير مكتملة وغير مؤكدة. هذه النماذج غير دقيقة بما يكفي بحيث لا تسمح بالتعميم على ارتفاعات ومستويات طاقة أخرى بثقة. لذا، ثمة حاجة ماسة، ليس فقط إلى أجهزة قياس أفضل، بل إلى مزيد من التجارب التي تغطي نطاقًا واسعًا من الارتفاعات ومستويات الطاقة.

كان من المخطط أصلاً أن يكون اختبار "ستارفيش" هو الثاني في سلسلة "فيشبول"، لكن الإطلاق الأول ( بلوجيل ) فُقد بسبب أجهزة تتبع الرادار، واضطر إلى تدميره أثناء الطيران. ^{[ 4 ] : ​​247}

أُجهضت محاولة إطلاق صاروخ ستارفيش الأولى في 20 يونيو/حزيران أثناء تحليقه، وهذه المرة بسبب عطل في مركبة الإطلاق ثور . طار صاروخ ثور في مساره الطبيعي لمدة 59  ثانية، ثم توقف محرك الصاروخ، وبدأ الصاروخ بالتفكك. أمر مسؤول السلامة في ميدان الرماية بتدمير الصاروخ ورأسه الحربي. كان الصاروخ على ارتفاع يتراوح بين 9100 و10700 متر (30000 و35000 قدم ) عند تدميره. سقطت أجزاء من الصاروخ وبعض التلوث الإشعاعي على جزيرة جونستون المرجانية ، وجزيرة ساند القريبة، والمحيط المحيط بها. ^{[ 4 ]} 

في 9 يوليو 1962، الساعة 09:00:09 بالتوقيت العالمي المنسق (11:00:09 مساءً بتوقيت هونولولو  في 8 يوليو 1962 )، تم تفجير تجربة "ستارفيش برايم" على ارتفاع 400 كيلومتر (250 ميلاً) . كانت إحداثيات التفجير 16°28′ شمالاً 169°38′ غرباً / 16.467° شمالاً 169.633° غرباً / 16.467؛ -169.633 . ^{[ 1 ] : 4} كانت القوة التفجيرية الفعلية قريبة جدًا من القوة التصميمية، والتي حددتها مصادر مختلفة بقيم متباينة تتراوح بين 1.4 و1.45 ميغا طن (5.9 إلى 6.1 بيتاجول ) . انفجرت الرأس الحربية النووية بعد 13 دقيقة و41 ثانية من إطلاق صاروخ "ثور" من جزيرة جونستون المرجانية. ^{[ 5 ]}     

تسبب انفجار ستارفيش برايم في نبضة كهرومغناطيسية (EMP) أكبر بكثير من المتوقع، لدرجة أنها أدت إلى تعطل معظم أجهزة القياس، مما تسبب في صعوبة بالغة في الحصول على قياسات دقيقة. كما كشفت نبضة ستارفيش برايم الكهرومغناطيسية عن آثارها للعامة من خلال إحداث أضرار كهربائية في هاواي، على بعد حوالي 1450 كيلومترًا (900 ميل) من نقطة الانفجار، مما أدى إلى انقطاع التيار الكهربائي عن حوالي 300 مصباح إنارة شوارع، ^{[ 1 ] و 5} إلى إطلاق العديد من أجهزة إنذار السرقة، وإتلاف وصلة ميكروويف تابعة لشركة اتصالات . ^{[ 6 ]} وقد أدى تلف وصلة الميكروويف نتيجة النبضة الكهرومغناطيسية إلى انقطاع المكالمات الهاتفية من كاواي إلى جزر هاواي الأخرى . ^{[ 7 ]} 

أُطلق ما مجموعه 27 صاروخًا صغيرًا من جزيرة جونستون المرجانية للحصول على بيانات تجريبية من تفجير ستارفيش برايم. بالإضافة إلى ذلك، أُطلق عدد كبير من الأجهزة المحمولة على الصواريخ من باركينج ساندز ، كاواي، في جزر هاواي. ^{[ 8 ]}

كان عدد كبير من السفن والطائرات العسكرية الأمريكية يعمل لدعم عملية ستارفيش برايم في منطقة جونستون أتول وعبر منطقة شمال المحيط الهادئ المجاورة.

تمركزت بعض السفن والطائرات العسكرية في منطقة جنوب المحيط الهادئ بالقرب من جزر ساموا . يقع هذا الموقع عند الطرف الجنوبي لخط المجال المغناطيسي للأرض من موقع التفجير النووي، وهي منطقة تُعرف باسم "المنطقة الجنوبية المترافقة" للتجربة. وقد تمركزت سفينة استكشافية علمية سوفيتية غير مدعوة بالقرب من جزيرة جونستون المرجانية لإجراء التجربة، كما تمركزت سفينة استكشافية علمية سوفيتية أخرى في المنطقة الجنوبية المترافقة بالقرب من جزر ساموا. ^{[ 9 ]}

بعد تفجير ستارفيش برايم، لوحظت أضواء شفقية ساطعة في منطقة التفجير، وكذلك في المنطقة الجنوبية المقابلة لها على الجانب الآخر من خط الاستواء. وفقًا لأحد التقارير الفنية الأولى: ^{[ 8 ]}

كانت الظواهر المرئية الناتجة عن الانفجار واسعة الانتشار وشديدة للغاية؛ فقد أضاءت ظاهرة الشفق القطبي مساحة شاسعة من المحيط الهادئ، من أقصى جنوب المنطقة المغناطيسية الجنوبية ( تونغاتابو ) مرورًا بمنطقة الانفجار وصولًا إلى أقصى شمال المنطقة المغناطيسية الشمالية ( شعاب فرينش فريجيت ). عند الغسق الذي أعقب الانفجار، لوحظ تشتت رنيني للضوء من الليثيوم وحطام آخر في جونستون وشعاب فرينش فريجيت لعدة أيام، مما يؤكد وجود الحطام في الغلاف الجوي لفترة طويلة. ومن الآثار الجانبية المثيرة للاهتمام أن سلاح الجو الملكي النيوزيلندي استفاد من ضوء القنبلة في مناوراته المضادة للغواصات.

وقد تم التنبؤ جزئياً بهذه التأثيرات الشفقية من قبل نيكولاس كريستوفيلوس ، وهو عالم عمل سابقاً على عمليات إطلاق الصواريخ النووية على ارتفاعات عالية ضمن عملية أرجوس .

وفقًا للمحارب القديم الأمريكي في مجال الطاقة الذرية سيسيل آر. كويل، ^{[ 10 ]} قدمت بعض الفنادق في هاواي حفلات "قنبلة قوس قزح" على أسطحها لنجم البحر برايم، مما يناقض بعض التقارير التي تفيد بأن الشفق القطبي الاصطناعي كان غير متوقع.

وجاء في مقال "نظرة سريعة على النتائج التقنية لـ Starfish Prime" (أغسطس 1962): ^{[ 8 ]}

في كواجالين ، على بُعد 2600 كيلومتر (1600 ميل بحري) غربًا، امتدت غيوم كثيفة على طول الأفق الشرقي إلى ارتفاع يتراوح بين 5 و8 درجات. عند الساعة 09:00 بتوقيت غرينتش، اخترق وميض أبيض ساطع الغيوم، متحولًا بسرعة إلى كرة خضراء متوسعة من الإشعاع، امتدت في السماء الصافية فوق الغيوم. ومن سطحها، انبثقت أصابع بيضاء ضخمة، تُشبه السحب الرقيقة الطبقية، ارتفعت إلى 40 درجة فوق الأفق في أقواس واسعة، متجهة نحو القطبين، ثم اختفت في ثوانٍ، ليحل محلها حلقات دائرية متحدة المركز مذهلة، تتحرك من الانفجار بسرعة ابتدائية هائلة، وتتوقف أخيرًا عندما كانت الحلقة الخارجية على ارتفاع 50 درجة فوق الرأس. لم تختفِ هذه الحلقات، بل بقيت ثابتة في حالة من السكون التام. كل هذا حدث، حسب تقديري، في غضون 45 ثانية. مع تحوّل الضوء الأرجواني إلى لون قرمزي وبدء تلاشيه عند نقطة الانفجار، بدأ توهج أحمر ساطع بالظهور على الأفق في اتجاه 50 درجة شمال الشرق، وفي الوقت نفسه في اتجاه 50 درجة جنوب الشرق، متوسعًا نحو الداخل والأعلى حتى امتلأت السماء الشرقية بنصف دائرة حمراء باهتة متوهجة تمتد من الشمال إلى الجنوب حتى منتصف المسافة إلى سمت الرأس، مما أدى إلى حجب بعض النجوم الصغيرة. واستمرت هذه الظاهرة، التي تخللتها أقواس قزح بيضاء هائلة، لمدة تسعين دقيقة على الأقل.

في لحظة الصفر في جونستون، ظهر وميض أبيض، ولكن بمجرد أن تمكن المرء من خلع نظارته، اختفى الضوء الساطع. بعد ثانية من لحظة الرصد، لُوحظ قرص أحمر مُرقط فوق الرأس مباشرةً، وغطى السماء حتى حوالي 45 درجة من سمت الرأس. عمومًا، كانت المنطقة الحمراء المُرقطة أكثر كثافة في الأجزاء الشرقية. على طول خط الشمال-الجنوب المغناطيسي خلال الانفجار، امتد خط أبيض مصفر ونما شمالًا من قرب سمت الرأس. ازداد عرض المنطقة ذات الخط الأبيض من بضع درجات في بضع ثوانٍ إلى حوالي 5-10 درجات في 30 ثانية. كان نمو منطقة الشفق القطبي شمالًا نتيجة إضافة خطوط جديدة تتطور من الغرب إلى الشرق. تراجعت خيوط الشفق القطبي البيضاء المصفرة صعودًا من الأفق شمالًا ونمت جنوبًا، وبعد حوالي دقيقتين، كانت الأشرطة البيضاء المصفرة لا تزال بعرض 10 درجات تقريبًا، وتمتد بشكل رئيسي من قرب سمت الرأس جنوبًا. بعد حوالي دقيقتين، اختفت منطقة القرص الأحمر تمامًا في الغرب، وبدأت تتلاشى بسرعة في الجزء الشرقي من القرص العلوي. عند مرور 400 ثانية، اختفت جميع الظواهر المرئية الرئيسية تقريبًا، باستثناء ربما بعض التوهج الأحمر الخافت على طول الخط الشمالي الجنوبي وعلى الأفق شمالًا. لم تُسمع أي أصوات في جزيرة جونستون المرجانية يمكن نسبها بشكل قاطع إلى الانفجار.

تم رصد إشارات كهرومغناطيسية قوية من الانفجار، بالإضافة إلى اضطرابات كبيرة في المجال المغناطيسي وتيارات أرضية.

وصف تقرير صدر عام 2006 قياسات الجسيمات والمجالات في تجويف ستارفيش المغناطيسي المعاكس وتدفق بيتا المحقون في حزام الإشعاع الاصطناعي. ^{[ 11 ]} وتصف هذه القياسات الانفجار من 0.1  مللي ثانية إلى 16  دقيقة بعد الانفجار.

ملاحظات في كرايستشيرش، نيوزيلندا

في وقت انفجار ستارفيش برايم، كان قسم الفيزياء بجامعة كانتربري في كرايستشيرش، نيوزيلندا، يُشغّل مقياسًا ضوئيًا للتوهج الجوي في محطة ميدانية بالقرب من رولستون، على بُعد عشرين ميلاً جنوب شرق كرايستشيرش. وقد صمّم هذا المقياس الضوئي وعايره الدكتور إي. فيلوسوفو وآخرون في معهد إلينوي للتكنولوجيا. ^{[ 12 ]}

كان برنامج مراقبة التوهج الجوي جزءًا من أبحاث الغلاف الجوي العلوي التي أدارها الدكتور سي. إلييت.

في التاسع من يوليو عام ١٩٦٢، كان صموئيل نيف وزوجته روث نيف في محطة رولستون الميدانية لتشغيل مقياس الضوء وتسجيل أي ملاحظات. نُشرت نتائج قياس الضوء في مجلة رسائل البحوث الجيوفيزيائية. ^{[ ١٣ ]} تقع مدينة كرايستشيرش على خط طول مماثل تقريبًا لجزيرة جونستون، لكنها أبعد بكثير عن خط الاستواء؛ ونتيجة لذلك، افترض أن خطوط المجال المغناطيسي للأرض التي تدخل الغلاف الجوي بالقرب من كرايستشيرش تقع على ارتفاع شاهق فوق جزيرة جونستون بحيث لا يكون هناك ارتباط يُذكر بين كرايستشيرش والانفجار. وقد ثبت خطأ هذا الافتراض.

بعد خمس إلى عشر ثوانٍ من الانفجار، شوهدت أشعة شفقية بيضاء تنبعث من سمت الرأس المغناطيسي. وفي غضون دقيقة واحدة، اكتسبت هذه الأشعة لونًا محمرًا، وبحلول الساعة 9:04 (بتوقيت غرينتش)، هيمن توهج أحمر على البنية البيضاء، فغطى معظم السماء شمالًا وامتد جنوبًا متجاوزًا سمت الرأس. كان هذا المشهد الضوئي مرئيًا بالعين المجردة لمدة اثنتي عشرة دقيقة تقريبًا، على الرغم من أن قيم شدة الإضاءة ظلت أعلى من المعدل الطبيعي لأكثر من ساعة.

صُمم مقياس الضوء لقياس الانبعاثات الذرية من الحالة الأرضية لذرة الأكسجين، والناتجة تحديدًا عن انتقالات الإلكترونات من الحالة ^1S إلى الحالة ^1D  (557.7 نانومتر) ومن الحالة ^1D إلى الحالة ^3P (630.0  نانومتر). يُعدّ هذان النوعان من الانبعاثات مكونين أساسيين للتوهج الجوي الطبيعي والشفق القطبي. أظهرت القياسات ذروةً عند 557.7  نانومتر بلغت 2 × 10⁴ ^رايلي بعد حوالي دقيقتين من الانفجار، أي ما يعادل 200 ضعف قيمة التوهج الجوي الطبيعي. أما الذروة عند 630.0  نانومتر فكانت 1.8 × 10⁵ ^رايلي ، أي 2.4 × 10³ ^ضعف القيمة الطبيعية، ما يُشير إلى شفق قطبي من الفئة 3. وبلغت شدة الذروة بعد 4 دقائق من الانفجار، ويعود هذا التأخير النسبي مقارنةً بـ 557.7  نانومتر إلى طول عمر الحالة ^1D . انخفض الانبعاث من الحالة ^أحادية البعد بشكل أسي تمامًا لمدة 7 دقائق، مما أتاح قياسًا دقيقًا لثابت الاضمحلال لتلك الحالة. تتوافق القيمة الناتجة (0.0087 ^{ثانية⁻¹} ) توافقًا وثيقًا مع القيمة 0.0092 ثانية⁻¹ ^{المحسوبة} نظريًا بواسطة غارستانغ. ^{[ 14 ]}

في وقت الانفجار، كان جهاز قياس الأيونوسفير يسجل البيانات في جودلي هيد، على بُعد حوالي 24 كيلومترًا من كرايستشيرش. قام جيف كينج وهارفي كوماك، من المرصد الجيوفيزيائي (DSIR) في كرايستشيرش، بدمج نتائج قياسات الأيونوسفير والضوئي لفهم الآليات التي قد تفسر المشاهدات المرئية. على الرغم من أن بيانات جهاز قياس الأيونوسفير كانت مشوهة بشدة، تمكن كينج وكوماك من الحصول على كثافة الإلكترونات في نطاق f بعد أربع دقائق من الانفجار. يُفسر استثارة الحالة أحادية البعد للأكسجين في التوهج الجوي والشفق القطبي بشكل مُرضٍ من خلال عملية إعادة التركيب التفكيكي، والتي تُعرف معظم معاملات معدلها. تمكن كينج وكوماك من إثبات أن شدة  الإشعاع بطول موجة 630.0 نانومتر الذي قاسه نيف كانت أكبر بكثير من تلك التي يمكن أن تنتج عن إعادة التركيب. كان الاحتمال المتبقي هو أنه عقب الانفجار، دخلت موجة من البلازما المتعادلة (أيونات وإلكترونات) الغلاف الجوي فوق كرايستشيرش بكثافة وطاقة كافيتين لإحداث الإثارة المرصودة من خلال تصادمات الإلكترونات بالذرات. نُشرت هذه النتائج في مجلة نيوزيلندا للجيولوجيا والجيوفيزياء في ديسمبر 1962. ^{[ 15 ]}

تم تعطيل كل من القمر الصناعي Telstar 1 (الأول)، وهو أول قمر صناعي تجاري لشركة AT&T Corporation، والقمر الصناعي Ariel 1 (الثاني)، وهو أول قمر صناعي للمملكة المتحدة ، بسبب أحزمة الإشعاع التي تسببت بها التجارب النووية.

أطلق الانفجار ما يقارب 10 ^{^29 إلكترونًا في} الغلاف المغناطيسي للأرض . ^{[ 16 ]} وبينما تبعت بعض جسيمات بيتا عالية الطاقة المجال المغناطيسي للأرض وأضاءت السماء، انحصرت إلكترونات أخرى عالية الطاقة وشكّلت أحزمة إشعاعية حول الأرض. وقد زادت هذه الإلكترونات المضافة من كثافة الإلكترونات داخل حزام فان ألين الإشعاعي الداخلي الطبيعي بعدة مراتب. ^{[ 16 ]} ساد الكثير من الغموض والجدل حول تكوين الإشعاع المحصور وحجمه وآثاره السلبية المحتملة بعد الانفجار. وقد ازداد قلق خبراء الأسلحة عندما تعطلت ثلاثة أقمار صناعية في مدار أرضي منخفض ، من بينها TRAAC و Transit 4B . ^{[ 17 ]} كان عمر النصف للإلكترونات عالية الطاقة بضعة أيام فقط. في ذلك الوقت، لم يكن معروفًا أن تدفقات الجسيمات الشمسية والكونية تتفاوت بمعامل 10، وأن الطاقات قد تتجاوز 1 ميغا إلكترون فولت (0.16 بيكو جول ) . في الأشهر اللاحقة، تسببت هذه الأحزمة الإشعاعية الاصطناعية في تعطل ستة أقمار صناعية أو أكثر، ^{[ 18 ]} حيث ألحق الإشعاع أضرارًا بألواحها الشمسية أو إلكترونياتها، بما في ذلك أول قمر صناعي تجاري للاتصالات الترحيلية ، تيلستار 1 ، بالإضافة إلى أول قمر صناعي للمملكة المتحدة، أرييل 1. [ ^{19 ] استُخدمت} أجهزة الكشف على متن تيلستار، وتراك، وإنجون ، وأرييل 1 لقياس توزيع الإشعاع الناتج عن الاختبارات. ^{[ 20 ]}  

في عام 1963، أفيد بأن مسبار ستارفيش برايم قد أنشأ حزامًا من الإلكترونات ذات طاقة ميغا إلكترون فولت. ^{[ 21 ]} وفي عام 1968، أفيد بأن بعض إلكترونات ستارفيش قد بقيت في الغلاف الجوي لمدة 5 سنوات. ^{[ 22 ]}

بعد عام من التجربة، في عام 1963، وقّعت الولايات المتحدة والاتحاد السوفيتي معاهدة الحظر الجزئي للتجارب النووية ، التي حظرت جميع التجارب النووية فوق سطح الأرض. واستمرت فرنسا والصين في إجراء التجارب فوق سطح الأرض لبضعة عقود أخرى. ^{[ 23 ]}

احتوت قنبلة ستارفيش على الكادميوم ^-109 كمادة مشعة، مما ساعد في حساب معدل الاختلاط الموسمي للكتل الهوائية القطبية والاستوائية. ^{[ 24 ]}

استخدمت فرق كرايستشيرش، نيوزيلندا، المذكورة أعلاه ، قياسات ضوئية جوية لقياس التغيرات في التوهج الجوي في الدقائق التي تلت الانفجار. وقد أكد ذلك القيم النظرية لثابت اضمحلال الحالة ^1D لذرات الأكسجين. كما حددوا أن انتقالات ^3P إلى ^1D تحدث في الدقائق التي تلت الانفجار بمعدل يفوق آلاف المرات المعدل المعتاد في السماء. وقد أظهر ذلك امتداد البلازما الجوية الناتجة عن الانفجار النووي على ارتفاعات عالية. ^{[ 14 ] [ 15 ]}

• قائمة أحزمة الإشعاع الاصطناعية
• قائمة تجارب الأسلحة النووية

•  تتضمن هذه المقالة مواد متاحة للعموم من مواقع إلكترونية أو وثائق تابعة لحكومة الولايات المتحدة .

• تقرير مؤقت عن اختبار ستارفيش برايم على يوتيوب
• كرولويتش، روبرت (1 يوليو 2010). "عرض ضوئي مرعب للغاية: انفجار قنابل هيدروجينية في الفضاء" . الإذاعة الوطنية العامة . تم الاطلاع عليه في 5 يوليو 2010 .– يتضمن فيديو للانفجار وتسجيلات صوتية لشهادات الشهود.