این حبابها از طریق تحلیل درخششی که بهصورت نورهای شبتاب بالای آنها ایجاد میشود، قابل ردیابیاند. یافتههای این مطالعه میتواند در جلوگیری از بروز خطرات احتمالی در سفرهای هوایی و عملیاتهای امداد اضطراری مؤثر باشد.
دانشمندان چینی روشی نو برای شناسایی «حبابهای پنهان پلاسما» در لایههای بالایی جو زمین یافتهاند. این اختلالات طبیعی، که بهشدت میتوانند عملکرد نرمافزارهای موقعیتیاب GPS و سیگنالهای رادیویی را دچار اختلال کنند، ردیابی بسیار دشواری دارند.
این حبابها که با نام «حبابهای پلاسما در ناحیه استوایی» (EPBs) شناخته میشوند، در یونسپهر قرار دارند – منطقهای از جو زمین که در ارتفاع بیش از ۵۰ کیلومتری از سطح زمین واقع شده و بیشتر گازهای آن در اثر تابش خورشیدی یونیده شدهاند (یعنی الکترونهای خود را از دست دادهاند) و به حالتی از ماده به نام پلاسما تبدیل شدهاند.
به گفتهی وبسایت Spaceweather.com، این حبابها در واقع حفرههایی در یونسپهر هستند؛ شبیه سوراخهایی که در پنیر سوئیسی دیده میشود. این حبابها اندکی پس از غروب خورشید شکل میگیرند، زمانی که تابش خورشیدی ناگهان متوقف شده و یونیزاسیون نیز کاهش مییابد. اما این پدیده فقط در نزدیکی استوای مغناطیسی زمین (که با استوای جغرافیایی همراستا نیست) رخ میدهد.
طبق گزارش EarthSky.org، اندازهی این حبابها میتواند از ۱۰ تا ۱۰۰ کیلومتر متغیر باشد. اما از آنجا که این حفرههای پلاسما با چشم غیرمسلح دیده نمیشوند، اندازهگیری و ردیابی دقیق آنها در زمان واقعی بسیار دشوار بوده است.
با این حال، شناسایی محل آنها بسیار اهمیت دارد؛ چراکه میتوانند عملکرد نرمافزارهای GPS را مختل کرده و سیگنالهای رادیویی که از یونسپهر بازتاب مییابند را نیز دچار اشکال کنند – موضوعی که در برخی شرایط میتواند خطرآفرین باشد.
(منبع تصویر: Makela و همکاران، ۲۰۰۴ / Annales Geophysicae)
در مطالعهای جدید که در تاریخ 20 اردیبهشت در نشریه Space Weather منتشر شد، پژوهشگران مرکز ملی علوم فضایی چین و دانشگاه پکن، روشی نو برای شناسایی EPBها ابداع کردند. آنها با نظارت بر پدیدهای به نام درخشش هوایی (airglow) توانستند این حبابها را ردیابی کنند. این درخششهای شبتاب، که شباهتی به شفق قطبی دارند، زمانی ظاهر میشوند که پلاسما در یونسپهر بالایی طی شب خنک شده و دوباره به گاز تبدیل میشود، و در این فرآیند، انرژی به صورت نور آزاد میکند.
تیم تحقیقاتی دریافت که EPBها باعث تغییرات جزئی در ظاهر درخشش هوایی در بالای خود میشوند. آنها سپس یک برنامهی یادگیری ماشینی را با استفاده از بیش از ۱۰ سال تصویر ثبتشده از آسمان توسط سامانهی تصویربرداری All-Sky در ایستگاه Qujing در جنوب چین آموزش دادند تا این اعوجاجهای نوری را تشخیص دهد. بهترین مدل آنها توانست با دقت ۸۸ درصدی این حبابها را تشخیص داده و اندازهگیری کند.
در این مطالعه آمده است: «نتایج آزمون نشان داد که یادگیری ماشینی روشی بسیار مناسب برای شناسایی خودکار و استخراج ویژگیهای EPBهاست.»
با این حال، یکی از محدودیتهای مهم این روش آن است که تنها زمانی کاربرد دارد که پدیدهی درخشش هوایی رخ دهد – در حالی که بروز این پدیده قطعی نیست و در دورههایی از فعالیت کم خورشیدی، که ممکن است چندین سال به طول بینجامد، بهمراتب کمتر دیده میشود.
پیشگیری از فاجعه
پژوهشگران امیدوارند یافتههای آنها بتواند به جلوگیری از مشکلاتی که EPBها ایجاد میکنند کمک کند.
یکی از این مشکلات، تداخل این حبابها با سیگنالهای GPS ماهوارههاست که میتواند به خطا در نرمافزارهای مکانیابی منجر شود. طبق مطالعهای که در سال 1402 در نشریه Satellite Navigation منتشر شد، نرمافزارهای مورد استفاده در هواپیماها نسبت به این اختلالات بسیار حساس هستند و ممکن است باعث انحراف اندک مسیر پرواز شوند. هرچند احتمال برخورد یا سقوط ناشی از آن کم است، اما نمیتوان آن را کاملاً نادیده گرفت.
EPBها همچنین میتوانند سیگنالهای رادیویی را با تغییر نحوه بازتاب آنها از یونسپهر مختل کنند؛ مسئلهای که در موقعیتهای اضطراری ممکن است بسیار بحرانی باشد.
در سال 1392، پژوهشگران اتحادیه ژئوفیزیک آمریکا اعلام کردند که یک حباب پلاسما در سال 1380 عامل مؤثری در بروز حادثهای مرگبار در افغانستان بوده است.
یافتههای جدید میتوانند به طراحی سامانهی هشدار زودهنگام برای اپراتورهای GPS و رادیویی کمک کنند تا بتوانند وجود این حفرههای مختلکننده را در مدلها و پیشبینیهای خود لحاظ کرده و از وقوع بدترین سناریوها جلوگیری نمایند.