کاوشگرهای دوقلو، دو سرنوشت متفاوت

در اوت 2012، دو فضاپیمای یکسان با هم زمین را ترک کردند: کاوشگرهای ون آلن، A و B، که برای مطالعهٔ کمربندهای تابشی پیرامون سیاره‌مان ساخته شده بودند. شکل هشت‌ضلعی یکسان، چهار صفحهٔ خورشیدی یکسان و مدار بسیار کشیدهٔ یکسانی با شیب 10.2 درجه داشتند. پس از پایان مأموریت علمی‌شان، کاوشگر B در 19 ژوئیهٔ 2019 و کاوشگر A در 18 اکتبر 2019 خاموش شدند. بر پایهٔ پیش‌بینی‌هایی که پیش از مأموریت انجام شده بود، هر دو باید تا 2034 در مدار می‌ماندند.

چنین نشد. کاوشگر A در 11 مارس 2026 دوباره وارد جو شد. کاوشگر B هنوز در مدار است — با آنکه چند ماه زودتر خاموش شده بود. چگونه دو دوقلو که در یک مدار پرتاب شدند و در یک آب‌وهوای فضایی غوطه‌ور بودند، به عمرهایی چنین متفاوت می‌رسند؟

هشت سال مدار بازسازی‌شده

عایشه اشروف و همکارانش در مرکز فضایی ویکرام سارابای و مؤسسهٔ علوم و فناوری فضایی هند، هر دو در تیرووانانتاپورام هند، مسیر هر کاوشگر را از داده‌های مداری عمومی، هر 15 ثانیه یک نقطه، بازسازی کردند. برای هر موقعیت، یک مدل جوی چگالی هوای رقیق جو بالایی — گرماسپهر — را با توجه به فعالیت خورشید و میدان مغناطیسی زمین در آن لحظه برآورد کرد.

کاوشگرها در بخش پایینی مدارهای کشیده‌شان، نزدیک نزدیک‌ترین نقطه به زمین که حضیض (perigee) نامیده می‌شود، از میان این هوای رقیق می‌گذشتند. هر گذر اندکی از سرعتشان می‌کاست. این همان پسار جوی است، نیروی اصلی که ماهواره‌ها را پایین می‌آورد.

شکافی کوچک که پیوسته بزرگ‌تر می‌شود

تا 2022، دو کاوشگر هم‌گام تحول یافتند. اما از 2021، حضیض‌هایشان شروع به فاصله گرفتن کرد. عجیب آنکه ابتدا کاوشگر B عمیق‌تر فرو رفت — حدود 180 کیلومتر در برابر 200 کیلومتر A — اما کاوشگر A مدت بیشتری پایین ماند: حضیضش نزدیک کف هر چرخه درنگ می‌کرد.

بالا: اندازهٔ مدارهای کاوشگر A (سرخ تیره) و B (آبی) و تفاوتشان (صورتی). پایین: ارتفاع حضیض آن‌ها. نوارهای سایه‌دار: مراحلی که شکاف جهش می‌کند؛ خط نارنجی: توفان مه 2024. — شکل 1، Ashruf و همکاران (2026)، arXiv:2610.05372.

از اواخر 2022، شکاف آشکار شد. حضیض کاوشگر A به زیر حدود 190 کیلومتر افتاد در حالی که حضیض B بالاتر ماند. میان اواسط 2023 و 2025، A تا حدود 160 کیلومتر و B تا حدود 180 پایین رفت. به گفتهٔ متن، تا 2025 کاوشگر A حدود 39 ساعت بیشتر از دوقلویش زیر 263 کیلومتر گذرانده بود.

حتی در ارتفاع یکسان، دو کاوشگر دیگر با هوای یکسانی روبه‌رو نمی‌شدند: اکنون از جو پایین در عرض‌ها، طول‌های جغرافیایی و ساعت‌های متفاوتی از روز می‌گذشتند. همان خورشید، همان توفان‌ها، اما نه همان جو.

دور باطل پسار

هرچه پایین‌تر برویم، هوا بسیار سریع غلیظ‌تر می‌شود. کمی زمان بیشتر در پایین یعنی پسار بسیار بیشتر. پسار بیشتر مدار را پایین می‌آورد، که کاوشگر را باز هم پایین‌تر، جایی که هوا غلیظ‌تر است، می‌برد. نویسندگان این بازخورد تقویت‌کننده را قلب ماجرا توصیف می‌کنند: تفاوتی کوچک در آغاز که خودش را تغذیه می‌کند.

توفان‌ها در نقش شتاب‌دهنده

آب‌وهوای فضایی هم در همان جهت فشار آورد:

• در اکتبر 2022، رشته‌ای از توفان‌های ژئومغناطیسی متوسط با نخستین جهش آشکار در شکاف هم‌زمان است. در آن لحظه، کاوشگر A از پیش نزدیک 180 کیلومتر بود و B بالای 200. نویسندگان یادآوری می‌کنند که یک توفان متوسط در فوریهٔ 2022 با پف کردن هوا در نزدیکی 200 کیلومتری، از دست رفتن 38 ماهوارهٔ استارلینک را رقم زده بود.
• توفان‌های قوی در دسامبر 2023، سپس در مارس و اوت 2024، هر کدام با گسترش تازه‌ای در شکاف هم‌زمان‌اند.
• در جریان توفان «گنن» در مه 2024، به نظر می‌رسد بازیابی کاوشگر A کند شده باشد، نه B. دو کاوشگر در آن زمان در ساعت‌های متفاوتی از عصر می‌گذشتند، که ممکن است مهم باشد.
• در پس‌زمینه، خورشید بیدار می‌شد: تابش فرابنفش آن از 2019 با چرخهٔ خورشیدی تازه رو به افزایش است، جو بالایی را غلیظ‌تر می‌کند و هر تفاوت کوچک مداری را پرهزینه‌تر.

درس‌هایی برای مدارهای شلوغ

هیچ توفان منفردی این را توضیح نمی‌دهد: واگرایی از تفاوت‌های کوچک مداری ناشی می‌شود که توفان‌ها و افزایش تند چگالی هوا با عمق، بارها و بارها آن‌ها را بزرگ کرده‌اند. نویسندگان محدودیت‌های ابزارهایشان را می‌پذیرند — مدل جوی میانگینی که توفان‌ها را کم‌برآورد می‌کند، داده‌های مداری‌ای که در فروافتادن نهایی تار می‌شوند، و اتلاف انرژی محاسبه‌شده‌ای که باید ده برابر کوچک می‌شد تا با مقدار مشاهده‌شده جور درآید. با این حال نتیجه می‌گیرند که دو فضاپیما در مدارهایی تقریباً یکسان می‌توانند زیر یک آسمان به عمرهای بسیار متفاوتی برسند — درسی برای پیش‌بینی زمان سقوط ماهواره‌ها و پسماندهای فضایی.