زمین، کمربندی از پادماده دارد
<p>هازل مویر ـ گویا کمربندی از جنس پاد‌پروتون‌های به دام افتاده در خطوط مغناطیسی زمین، سیاره‌ ما را احاطه کرده است. از لحاظ نظری، اینگونه «پادماده» ‌ها که تنها چندین دقیقه پس از تولدشان از میان می‌روند را در آینده می‌توان به‌عنوان سوخت موشک‌های فوق کارآمد استفاده کرد.</p> <p> </p> <p>همیشه ذرات بارداری موسوم به «پرتوهای کیهانی»، زمین را پیوسته از فضا آماج حملات خود قرار می‌دهند و با برخوردشان به مولکول‌های سازنده جو فوقانی سیاره ما، سیلی از ذرات جدید زیراتمی را تولید می‌کنند که در این میان پادماده هم به چشم می‌خورد. بخش اعظم این ذرات در مناطقی موسوم به «کمربندهای تابشی وان آلن» تجمع پیدا می‌کنند که دو منطقه چنبرمانند در گرداگرد زمین و پر از ذرات باردار گردنده به دور میدان مغناطیسی سیاره‌مان هستند. در گذشته ماهواره‌ها موفق به تشخیص نشانه‌هایی از وجود پوزیترون‌ها (یا‌‌ همان پادالکترون‌ها) در این نواحی شده بودند. حال، فضاپیمایی موفق به کشف پادپروتون‌ها در این منطقه شده است که تقریباً دوهزاربار سنگین‌تر از پوزیترون‌ها هستند.</p> <p><br /> ذرات سنگین‌تر، حین چرخش به گرد خطوط مغناطیسی یک سیاره، مسیر فراختری را می‌پیمایند. از طرفی خطوط مغناطیسی ضعیف‌تر هم موجب گسترش دامنه چرخش ذرات باردار در این منطقه می‌شوند. لذا انتظار می‌رود مسیر حرکت ذرات به نسبت سنگینی همچون پادپروتون‌هایی که در اطراف خطوط به نسبت ضعیف مغناطیسی زمین به چرخش درآمده‌اند، حلقه‌های چنان وسیعی باشند که بخشی از جو زمین را در برگرفته‌اند و پادذره‌ها در این نواحی با برخورد به مولکول‌های جوی، دچار نابودی می‌شوند. شدت میدان مغناطیسی کمربند داخلی وان آلن احتمالاً برای به دام انداختن پادپروتون‌ها کافی باشد و در واقع این درست‌‌ همان جایی هم هست که حسگر PAMELA موفق به کشفشان شده است.</p> <p><br /> «پیرگئورگیو پیکازا» (Piergiorgio Picozza) از دانشگاه Rome Tor Vergata ایتالیا و همکارانش این کشف را صورت داده‌اند. پاملا، در حقیقت یک حسگر پرتوهای کیهانی است که بر یک ماهواره روسی رصد زمین مستقر شده است. این ماهواره در مسیر حرکت مداری‌اش به گرد زمین، از میان کمربند تابشی داخلی وان آلن، بر فراز اقیانوس اطلس جنوبی می‌گذرد.</p> <p><br /> پاملا در خلال ماه‌های ژولای ۲۰۰۶ تا دسامبر ۲۰۰۸، موفق به تشخیص ۲۸ پادپروتون شد که در گرداگرد خطوط مغناطیسی برآمده از قطب جنوب مغناطیسی زمین می‌چرخیدند. این حسگر، تنها به نمونه‌گیری از بخش کوچکی از کمربند تابشی داخلی وان آلن پرداخته بود و با این حساب به نظر می‌رسد که پادپروتون‌ها بایستی در سرتاسر این کمربند پراکنده شده باشند. «فرانسسکو کافاگنا» (Francesco Cafagna)، از دانشگاه باری ایتالیا که عضو این تیم پژوهشی بوده است نیز می‌گوید: «حرف ما از میلیارد‌ها ذره است [نه فقط ۲۸ تا].»</p> <p><br /> «رولف لاندوا» (Rolf Landua)، از مؤسسه تحقیقات اتمی اروپا (CERN) در ژنو سوئیس در رابطه با این کشف می‌گوید: «برایم بسیار جالب است که فهمیده‌ایم میدان مغناطیسی زمین، اندکی شبیه مدل‌هایی است که ما در آزمایشگاه ایجاد کرده‌ایم.» در این مدل‌سازی‌ها، پژوهشگران در تلاش برای به تعویق انداختن واپاشی پادماده به‌منظور مقایسه آن با ماده معمولی هستند. به‌گفته «الساندرو برونو» (Alessandro Bruno)، از دیگر اعضای تیم اکتشافی، پادماده موجود در کمربندهای تابشی زمین را می‌توان روزی به‌عنوان سوخت موشک‌های آینده به کار بست. این موشک‌ها انرژیشان را از واکنش تخریبی ماده-پادماده کسب می‌کنند، واپاشی چنان شدیدی که انرژی‌اش از همجوشی هسته‌ای درون خورشید هم بیشتر است.</p> <p><br /> برونو می‌گوید: «این [کمربند]، غنی‌ترین منبع پادماده در نزدیکی زمین به شمار می‌رود. از کجا معلوم، شاید روزی برسد که موشکی پرتاب شود و پیش از پیگیری راهش، در کمربند داخلی [وان آلن] تجدید قوا کند». با توجه به این کشف، احتمال می‌رود که مقادیر پادماده پراکنده در میدان مغناطیسی سیارات مشتری‌مانند، میلیون‌ها یا حتی میلیارد‌ها برابر از زمین بیشتر باشد.</p> <p> </p> <p><strong>منبع:</strong><a href="http://www.newscientist.com/article/mg21128245.500-antiproton-ring-found-around-earth.html"> NewScientist</a></p> <p> </p> <p><strong>توضیح تصویر:</strong></p> <p><br /> طرحی از کمربندهای تابشی وان آلن زمین (لایه‌های سبز و آبی‌رنگ) و نیز منطقه تحت پوشش پادماده (نقطه‌چین نارنجی) / منبع: نیوساینتیست</p>
هازل مویر ـ گویا کمربندی از جنس پادپروتونهای به دام افتاده در خطوط مغناطیسی زمین، سیاره ما را احاطه کرده است. از لحاظ نظری، اینگونه «پادماده» ها که تنها چندین دقیقه پس از تولدشان از میان میروند را در آینده میتوان بهعنوان سوخت موشکهای فوق کارآمد استفاده کرد.
همیشه ذرات بارداری موسوم به «پرتوهای کیهانی»، زمین را پیوسته از فضا آماج حملات خود قرار میدهند و با برخوردشان به مولکولهای سازنده جو فوقانی سیاره ما، سیلی از ذرات جدید زیراتمی را تولید میکنند که در این میان پادماده هم به چشم میخورد. بخش اعظم این ذرات در مناطقی موسوم به «کمربندهای تابشی وان آلن» تجمع پیدا میکنند که دو منطقه چنبرمانند در گرداگرد زمین و پر از ذرات باردار گردنده به دور میدان مغناطیسی سیارهمان هستند. در گذشته ماهوارهها موفق به تشخیص نشانههایی از وجود پوزیترونها (یا همان پادالکترونها) در این نواحی شده بودند. حال، فضاپیمایی موفق به کشف پادپروتونها در این منطقه شده است که تقریباً دوهزاربار سنگینتر از پوزیترونها هستند.
ذرات سنگینتر، حین چرخش به گرد خطوط مغناطیسی یک سیاره، مسیر فراختری را میپیمایند. از طرفی خطوط مغناطیسی ضعیفتر هم موجب گسترش دامنه چرخش ذرات باردار در این منطقه میشوند. لذا انتظار میرود مسیر حرکت ذرات به نسبت سنگینی همچون پادپروتونهایی که در اطراف خطوط به نسبت ضعیف مغناطیسی زمین به چرخش درآمدهاند، حلقههای چنان وسیعی باشند که بخشی از جو زمین را در برگرفتهاند و پادذرهها در این نواحی با برخورد به مولکولهای جوی، دچار نابودی میشوند. شدت میدان مغناطیسی کمربند داخلی وان آلن احتمالاً برای به دام انداختن پادپروتونها کافی باشد و در واقع این درست همان جایی هم هست که حسگر PAMELA موفق به کشفشان شده است.
«پیرگئورگیو پیکازا» (Piergiorgio Picozza) از دانشگاه Rome Tor Vergata ایتالیا و همکارانش این کشف را صورت دادهاند. پاملا، در حقیقت یک حسگر پرتوهای کیهانی است که بر یک ماهواره روسی رصد زمین مستقر شده است. این ماهواره در مسیر حرکت مداریاش به گرد زمین، از میان کمربند تابشی داخلی وان آلن، بر فراز اقیانوس اطلس جنوبی میگذرد.
پاملا در خلال ماههای ژولای ۲۰۰۶ تا دسامبر ۲۰۰۸، موفق به تشخیص ۲۸ پادپروتون شد که در گرداگرد خطوط مغناطیسی برآمده از قطب جنوب مغناطیسی زمین میچرخیدند. این حسگر، تنها به نمونهگیری از بخش کوچکی از کمربند تابشی داخلی وان آلن پرداخته بود و با این حساب به نظر میرسد که پادپروتونها بایستی در سرتاسر این کمربند پراکنده شده باشند. «فرانسسکو کافاگنا» (Francesco Cafagna)، از دانشگاه باری ایتالیا که عضو این تیم پژوهشی بوده است نیز میگوید: «حرف ما از میلیاردها ذره است [نه فقط ۲۸ تا].»
«رولف لاندوا» (Rolf Landua)، از مؤسسه تحقیقات اتمی اروپا (CERN) در ژنو سوئیس در رابطه با این کشف میگوید: «برایم بسیار جالب است که فهمیدهایم میدان مغناطیسی زمین، اندکی شبیه مدلهایی است که ما در آزمایشگاه ایجاد کردهایم.» در این مدلسازیها، پژوهشگران در تلاش برای به تعویق انداختن واپاشی پادماده بهمنظور مقایسه آن با ماده معمولی هستند. بهگفته «الساندرو برونو» (Alessandro Bruno)، از دیگر اعضای تیم اکتشافی، پادماده موجود در کمربندهای تابشی زمین را میتوان روزی بهعنوان سوخت موشکهای آینده به کار بست. این موشکها انرژیشان را از واکنش تخریبی ماده-پادماده کسب میکنند، واپاشی چنان شدیدی که انرژیاش از همجوشی هستهای درون خورشید هم بیشتر است.
برونو میگوید: «این [کمربند]، غنیترین منبع پادماده در نزدیکی زمین به شمار میرود. از کجا معلوم، شاید روزی برسد که موشکی پرتاب شود و پیش از پیگیری راهش، در کمربند داخلی [وان آلن] تجدید قوا کند». با توجه به این کشف، احتمال میرود که مقادیر پادماده پراکنده در میدان مغناطیسی سیارات مشتریمانند، میلیونها یا حتی میلیاردها برابر از زمین بیشتر باشد.
منبع: NewScientist
توضیح تصویر:
طرحی از کمربندهای تابشی وان آلن زمین (لایههای سبز و آبیرنگ) و نیز منطقه تحت پوشش پادماده (نقطهچین نارنجی) / منبع: نیوساینتیست
نظرها
علي جولا
اگر غلظت اين پاد ماده براستي بالاست پس در حين عبور سفينه ها و يا ماهواره ها چرا هيچ برخوردي صورت نمي گيرد (در هر حال برخورد پاد ماده با ماده منجر به واپاشي ماده مي گردد)
احسان سنایی
سؤال خوبیست، مشاهدات آشکارساز پاملا، صرفاً وجود مقادیر اندکی پادپروتون را در قسمتی از کمربند داخلی وان آلن بر فراز اقیانوس اطلس جنوبی به ثبت رسانده؛ منطقهای از میدان مغناطیسی زمین که به «نابهنجاری اقیانوس اطلس جنوبی» (SAA) مشهور است. SAA، نزدیکترین حوزه کمربند وان آلن داخلی به جو فوقانی زمین محسوب میشود و علت آن، ضعف نسبی میدان مغناطیسی زمین در آن ناحیه است. وجود پادپروتونها هم در این منطقه بیعلت نیست. این ذرات، بهواسطه برخورد سهمگین پرتوهای کیهانی به مولکولهای جو فوقانی زمین و واپاشیدگی اتمهای سازندهشان (همچون فرآیندی که در شتابدهندههای ذرات رخ میدهد) ایجاد میشوند، اما سریعاً با پاذرهشان واکنش داده و طی تبدیل به دو فوتون، نابود میشوند. در حضور میدان مغناطیسی، شرایط اندکی تغییر میکند و مثلاً با تولید یک پادپروتون حین هر برخورد، این ذرات از پادذرهشان فاصله گرفته و در میدان مغناطیسی پیرامونشان به دام میافتند و پادذرهشان همان سرنوشت پیشین را از سرمیگذراند؛ یعنی تبدیل به انرژی (و یا به اصطلاح عمومیتر آن، نابودی). پادپروتونهای به دامافتاده به این طریق اندک هستند، اما مقادیر بیشتری که در ارتفاعات بالاتر از حدود پیشبینیشده در این سناریو توسط پاملا به ثبت رسیده، ریشه در منشأ دیگری دارند: پادنوترونها. پادنوترونها هم از ذرات اجتنابناپذیر تولیدی در جریان برخورد پرتوهای کیهانی به مولکولهای جو زمین هستند. پادنوترونها در صورت واکنش با پادپروتونها، به انرژی تجزیه میشوند؛ اما زمانیکه بخش اعظم پادپروتونها طی فرآیندی که در بالا توضیح داده شد به دام میدان مغناطیسی ِ زمین بیفتند، پادنوترونها میتوانند حین مدت کوتاه عمرشان (با نیمهعمری در حدود 10 دقیقه) به ارتفاعات بالاتر از سطح زمین صعود کنند. پس از گذشت این چند دقیقه، پادنوترونها تجزیه گشته و یکی از فرآوردههایشان پادپروتون است که در حضور میدان مغناطیسی، همانند مورد قبلی از نابودی ناگزیرشان جان به در میبرند؛ با این تفاوت که در ارتفاعات بسیار بالاتری جای گرفتهاند. پس «پادماده»هایی که در ارتفاعات بالاتر و نزدیک به مدار ماهوارهها واقع شدهاند، در واقع همان «پادپروتون» هستند. این پادپروتونها فقط در صورت برخورد با پروتونهای منفرد نابود میشوند؛ حالآنکه مثلاً بدنه یک ماهواره در بنیادیترین شکل آن از جنس اتم است (تازه بر فرض اینکه ماهوارهها را از نزدیکی کمربند داخلی وان آلن عبور دهیم؛ چراکه چنین کاری بهواسطه شدت انرژی الکتریکی این حوزه، به بروز خسارات جبرانناپذیری در ترمینالهای الکترونیکی ماهوارهها خواهد انجامید و سازمانهای فضایی هرگز این منطقه را دستکم برای اقامت طولانیمدت ماهواره درنظر نمیگیرند). پادپروتونهای پرسرعتِ موجود در کمربند پادماده زمین، در صورت برخورد با یک اتم، نهایتاً آن را یونیزه میکنند، چراکه با میدان مغناطیسی ضعیف گرداگرشان، قادر به اخراج یک یا چند الکترون از مدار اتم هستند. نکته قابل تأمل درباره امکان پهلوگیری ماهوارهها در کنار کمربند پادماده بهمنظور سوختگیری، شرایط فوقالعاده خاصیست که برای تحقق این هدف آنها را بایستی برآورده کرد و در غیراینصورت این ایده تنها در حد همان ایده باقی خواهد ماند. «سوختگیری» البته مستلزم گردآوری مقادیر زیادی پادپروتون در کنار هم، آنهم در سرعتهای بسیار پایین است. این شرایط احتمال دارد که به واپاشی افسارگسیخته ماده/پادماده منجر گشته و موجب نابودی کاوشگر شود. اما در طرح اصلی ِ چنین موتور خارقالعادهای آمده است: ایجاد یک «اگزوسفر» در گرداگرد کاوشگر از طریق تولید یک میدان مغناطیسی مصنوعی. اگزوسفر یعنی محیطی که بتوان در آن پادماده را بدون کوچکترین برخوردی با سطوح کاوشگر، به دنبالش یدک کشید (شرایطی تقریباً مشابه گازهای جوی با زمین سطح زمین). بههرحال عملیاتی ساختن ایده موتور پادماده تا تحقق آن راه درازی در پیش دارد و حتی دانستههای ما هنوز در خصوص نحوه این واپاشیها به حدی نیست که بتوان آنها را در طراحی این نوع از موتورها، «کنترلشده» تلقی کرد. سپاسگزارم احسان سنایی