هارپ چیست؟ — هر آنچه باید بدانید به زبان ساده

به صورت کلی باید گفت هارپ پروژه تحقیق از یونوسفر با استفاده از ارسال امواج فرکانس بالا به این لایه و بررسی برهمکنش این امواج با لایه یونوسفر زمین است. در این مطلب از مجله فرادرس در مورد تاریخچه هارپ و شایعاتی که پیرامون این پروژه تحقیقاتی وجود دارد به صورت مفصل صحبت خواهیم کرد.

هارپ چیست ؟

برنامه تحقیق از یونوسفر با فرکانس بالا (High-frequency Active Auroral Research Program) که به اختصار «هارپ» (HAARP) نامیده می‌شود، توانمندترین فرستنده با قدرت بالا و فرکانس بالا (HF) در جهان برای مطالعه لایه یونوسفر است. ابزار اصلی این پروژه «ابزار تحقیقی یونوسفر» (Ionospheric Research Instrument) یا IRI است که مجموعه‌ای فازی از 180 آنتن دو قطبی متقاطع HF یا فرکانس بالا است و در 33 هکتار پخش شده و قادر به تابش 3٫6 مگاوات به جو فوقانی و یونوسفر است.

فیلم آموزش رایگان آشنایی با پروژه هارپ در کمتر از ۴۰ دقیقه در فرادرس

کلیک کنید

فرکانس امواج ارسالی از این آنتن‌ها در محدوده 2٫7 تا 10 مگاهرتز قابل تغییر و انتخاب هستند و از آنجا که آنتن‌ها دارای ساز و کار پیچیده هستند، پرتو ارسال شده می‌تواند اشکال مختلفی داشته باشد، در یک طیف وسیع زاویه‌ای اسکن شود و چندین پرتو تشکیل دهد.

این مرکز از 30 ایستگاه فرستنده که هر کدام شش جفت فرستنده 10 کیلوواتی دارند برای دستیابی به توان انتقال 3٫6 مگاوات استفاده می‌کند.

هارپ برای چه چیز استفاده می‌شود؟

هدف از تحقیقات در پروژه هارپ انجام مطالعه اساسی فرآیندهای فیزیکی در بالاترین قسمت‌های جو است که ترموسفر و یونوسفر نامیده می‌شوند. این تحقیق به دو دسته (1) فعال و (۲) غیرفعال تقسیم می‌شود. در قسمت فعال استفاده از ابزار تحقیقات یونوسفر نیاز است و در حالت غیرفعال فقط از ابزارهای نظارت استفاده می‌شود.

امواج رادیویی فرستاده شده از هارپ می‌توانند با یون‌ها و الکترون‌های لایه یونوسفر تعامل و برهمکنش داشته باشند. امواج رادیویی هارپ الکترون‌ها را گرم کرده و اختلالات کوچکی ایجاد می‌کند که شبیه انواع فعل و انفعالات در طبیعت است.

ویژگی اصلی آزمایش‌های هارپ این است که اختلالات ایجاد شده بر خلاف پدیده‌های طبیعی تصادفی نیستند و امکان مشاهده و مطالعه آن برای دانشمندان و محققین به وجود می‌آید. در حقیقت با استفاده از هارپ دانشمندان می‌توانند زمان و مکان اختلالات را کنترل کنند تا بتوانند اثرات آن را اندازه‌گیری کنند. علاوه بر این آن‌ها می‌توانند آزمایشات را تکرار و مجدداً اندازه‌گیری‌ها را انجام دهند تا از نتیجه آزمایش و نتیجه‌گیری‌های خود مطمئن شوند.

یونوسفر چیست؟

لایه یونوسفر خارجی‌ترین لایه اتمسفر زمین است. لایه یونوسفر از ارتفاع حدود 60 تا 80 کیلومتری شروع می‌شود و تا ارتفاع 500 کیلومتری نیز گسترش می‌یابد. در یونوسفر اتم‌ها و الکترون‌هایی وجود دارد که به دلیل تابش فرابنفش خورشید یونیزه شده‌اند.

لایه یونوسفر برای رادیو مهم است زیرا امواج رادیویی با فرکانس پایین که به لایه یونوسفر می‌رسند از لایه یونوسفر عبور نکرده و برمی‌گردند و بدین ترتیب ارتباطات دور بُرد ممکن می‌شود. در فرکانس‌های بالا امواج رادیویی فرستاده شده از ماهواره‌ها از لایه یونوسفر عبور می‌کنند.

این لایه دقیقاً جایی است که شفق قطبی در زمانی که بادهای خورشیدی با اتم‌های اکسیژن و نیتروژن این لایه برخورد می‌کنند، اتفاق می‌افتد.

هارپ در کجا قرار دارد؟

مکان این پروژه نزدیک «گاکونا» (Gakona) انتخاب شد زیرا زمین این منطقه تخت است و در منطقه قطبی شمال که شفق قطبی رخ می‌دهد قرار دارد. هارپ نزدیک به یک بزرگراه بزرگ است اما به اندازه کافی دورافتاده است تا هیچ منبع تداخل الکتریکی یا رادیویی در آن نزدیکی وجود نداشته باشد.

فیلم آموزش الکترومغناطیس مهندسی در فرادرس

کلیک کنید

چرا هارپ ساخته شد؟

به دلیل اهمیت یونوسفر برای ارتباطات رادیویی در اوایل دهه 1990 نیروی هوایی  و نیروی دریایی ایالات متحده پروژه هارپ را پیشنهاد دادند و نیروی هوایی ساخت آن را در سال 1993 آغاز کرد.

هدف این پروژه تحقیق در رابطه با خصوصیات فیزیکی و الکتریکی یونوسفر زمین بود که می‌تواند بر سیستم‌های ارتباطی و ناوبری نظامی و غیرنظامی تأثیر بگذارد. مسئولیت هارپ در سال 2015 به دانشگاه «آلاسکا فیربانکس» (Alaska Fairbanks) منتقل شد.

برای آشنایی بیشتر با نحوه کار آنتن‌ها، می‌توانید فیلم آموزش آنتن ۱ را مشاهده کنید که توسط فرادرس ارائه شده، لینک این آموزش در ادامه آورده شده است.

• برای دیدن فیلم آموزش آنتن ۱ + اینجا کلیک کنید.

چرا هارپ در آلاسکا ساخته شد؟

نیروی هوایی آمریکا گاکونا در آلاسکا را به عنوان مکان پروژه هارپ انتخاب کرد زیرا دارای معیارهای زیر بود:

• (1) قرار گرفتن در منطقه‌ای که شفق قطبی رخ می‌دهد.
• (2) در نزدیکی این منطقه بزرگراهی اصلی برای دسترسی به مکان سایت وجود داشت.
• (3) دور از مناطق پرجمعیت و پر سر و صدا و چراغ‌های الکتریکی بود.
• (4) زمینی نسبتاً مسطح بود.
• (5) هزینه ساخت و ساز در این منطقه منطقی و مقرون به صرفه بود.
• (6) حداقل تأثیرات زیست محیطی را بر محیط داشت.

مالک هارپ کیست؟

برای بیش از 25 سال آزمایشگاه‌های نیروی هوایی (AFRL) اداره وسایل نقلیه فضایی در پایگاه نیروی هوایی کیرتلند، نیومکزیکو و دانشگاه آلاسکا فیربانکس (UAF) در زمینه تحقیقات یونوسفر در پروژه هارپ با یکدیگر همکاری داشتند. زمانی که بودجه دانشگاه آلاسکا برای تحقیق و توسعه کاهش یافت، تلاش‌هایی انجام شد تا راه حلی برای حفظ این منبع تحقیقاتی ملی پیدا شود.

در آگوست 2015 تجهیزات تحقیقاتی تحت توافق نامه مشارکت آموزش (EPA) به دانشگاه آلاسکا منتقل شد. همچنین برای تأمین و تفویض اختیارات و کنترل و مدیریت به این دانشگاه توافق نامه تحقیق و توسعه همکاری (CRADA) منعقد شد.

این توافق نامه‌ها، توافقات منحصر به فردی هستند که دسترسی به منابع گسترده بودجه دولت را فراهم می‌کنند و می‌توان از آن‌ها استفاده کرد تا نتایج ویژه و قدرتمندی به دست آید. این امر معمول است که سازمان‌های دولتی مالکیت تجهیزات تحقیقاتی را برای ادامه حمایت از علم به دانشگاه‌ها منتقل می‌کنند.

مسئولیت امکانات و تجهیزات هارپ نیز به طور رسمی از 11 آگوست 2015 از ارتش به دانشگاه آلاسکا منتقل شده است.

هارپ چگونه کار می‌کند؟

دانشمندان در هارپ از فرستنده‌های رادیویی فرکانس بالا برای گرم کردن مناطق کوچک یونوسفر و مشاهده اثرات آن (از جمله گرمایش یونوسفر) استفاده می‌کنند.

در مقایسه با هارپ در تحقیقات فضایی سنتی که از مشاهدات زمینی یا آزمایش توسط موشک‌های صوتی استفاده می‌شود روزها، هفته‌ها و یا حتی سال‌ها زمان لازم است تا شرایط مورد نظر برای انجام آزمایش به صورت طبیعی به دست آید.

فیلم آموزش الکترومغناطیس ۲ در فرادرس

کلیک کنید

ماهواره‌ها می‌توانند پایگاه داده‌های بسیار بزرگتری جمع کنند اما هماهنگی ماهواره با پدیده‌های مورد نظر دشوار است. با ایجاد امکاناتی مانند پروژه هارپ، می‌توان محیط آزمایشی را به گونه‌ای ایجاد کرد تا ساختارهای پلاسمایی و بی نظم ایجاد شود و از یونوسفر مانند آنتن برای تحریک امواج با فرکانس پایین، ایجاد درخشش‌های شفاف نورانی ضعیف و انواع آزمایش‌های دیگر استفاده کرد.

ابزار تحقیقی یونوسفر امواجی با فرکانس‌های 2٫7 تا 10 مگاهرتز و با قدرت 3٫6 مگاوات ارسال می‌کنند. امواج رادیویی به سمت بالا به یونوسفر جایی که باعث حرکت الکترون‌ها به صورت امواج می‌شود، منتقل می‌شوند. در حقیقت هارپ مانند یک بخاری یونوسفر است، به این دلیل که تحریک الکترون‌ها دمای آن‌ها را افزایش می‌دهد و این قدرتمندترین بخاری یونوسفر در جهان است.

با تغییر چگالی الکترون‌ها در یک منطقه خاص دانشمندان می‌توانند نحوه واکنش یونوسفر به تغییر شرایط را مطالعه کنند.

هارپ چه زمانی ساخته شد؟

ساخت و ساز در ایستگاه تحقیقاتی هارپ در سال 1993 آغاز شد. در ادامه اولین مرکز عملیاتی در زمستان سال 1994 با سه ابزار غیرفعال تشخیصی و نمونه اولیه یک فرستنده فرکانس بالا برای ارزیابی متشکل از 18 آنتن با توان تابش خالص 360 کیلووات تکمیل شد.

تا سال 1999 هارپ با افزودن چندین ابزار اضافی به مجموعه تشخیصی و یک فرستنده فرکانس بالا بهبود یافته با 48 آنتن و توان خالص تابش 960 کیلووات در یک سطح متوسط قادر به انجام تحقیقات یونوسفر با کیفیت بالا بود.

بین سال‌های 2003 و 2006 ابزارهای جدیدی از جمله رادار یونوسفر فرکانسی فوق‌العاده بالا (UHF) و گنبد تلسکوپی برای مشاهدات نوری به این مرکز اضافه شدند. فرستنده فرکانس بالا اکنون شامل 180 آنتن با توان تابش خالص 3600 کیلووات یا 3٫6 مگاوات است.

کمپین تحقیقاتی هارپ چگونه است؟

کمپین‌های تحقیقاتی برای بهینه سازی زمان تدارکات و پرسنل با ترکیب چندین آزمایش در یک بازه زمانی مشخص ایجاد شده‌اند. چنین کمپین‌هایی تقریباً شش هفته قبل برنامه ریزی شده و هر سال سه تا چهار بار انجام می‌شوند.

در هارپ به دلیل تغییر شرایط یونوسفر و رویدادهای زمین خورشیدی، زمان‌ها و فرکانس‌های واقعی برای هر آزمایش داده شده در داخل یک کمپین را نمی‌توان مگر در زمان واقعی انجام آزمایش تعیین کرد.

بین سال‌های 1999 و 2014 بیش از 20 کمپین تحقیقاتی عمده و مطالعات کوتاه مدت متعدد در این مرکز انجام شد. این دوره‌های مطالعاتی از 130 روز (2008) تا 15 روز (2014) متغیر بود.

از زمان انتقال سایت در سال 2015 دانشگاه آلاسکا شش پروژه تحقیقاتی تنظیم کرده است که شامل موارد زیر هستند:

1) 19-23 فوریه 2017، 2) 21-25 سپتامبر 2017، 3) 6-14 آوریل 2018، 4) 30 جولای-1 آگوست 2018، 5) 29 نوامبر تا 3 دسامبر 2018 و 6) 25 تا 28 مارس 2019. قرار است کمپین تحقیقات بعدی هارپ در زمستان 202۰-2021 انجام شود.

چه کسی تحقیق در هارپ را انجام می‌دهد؟

دانشمندانی که ممکن است در هارپ تحقیق و آزمایش انجام دهند فیزیکدانان و مهندسان دانشگاه، دانشجویان آن‌ها، محققان دولتی و محققان شرکت‌های تجاری هستند که به یونوسفر، تئوری و کاربردهای علوم ارتباطات و رادیویی علاقه مند هستند.

چندین دانشگاه از ابتدای تأسیس تاکنون نقش مهمی در هارپ داشته‌اند که از آن جمله می‌توان به دانشگاه آلاسکا، دانشگاه استنفورد، دانشگاه ایالتی پن، کالج بوستون، دانشگاه دارتموث، دانشگاه کرنل، دانشگاه مریلند، دانشگاه ماساچوست، MIT، دانشگاه کالیفرنیا لس آنجلس، دانشگاه کلمسون و دانشگاه تولسا اشاره کرد.

آیا می توان از هارپ بازدید کرد؟

بر اساس اعلان عمومی، ایستگاه تحقیقاتی هارپ کارکنان کافی در محل را برای انجام تورهای معمولی از امکانات در اختیار ندارد. با این حال با توجه به علاقه زیادی که برای بازدید از این پروژه وجود دارد، دانشگاه آلاسکا در نظر دارد که با بررسی شرایط بتواند یک روز بازدید عمومی را سالانه برای کسانی که علاقه دارند تا از این پروژه بازدید کنند، فراهم آورد.

آیا اعضای سازمان نظامی بر پروژه هارپ مدیریت و نظارت دارند؟

خیر، ایستگاه تحقیقاتی هارپ مطابق با توافق نامه‌هایی که بالاتر ذکر شد توسط دانشگاه آلاسکا مدیریت و اداره می‌شود.

چرا هنوز علائم نیروی هوایی در اطراف هارپ وجود دارد؟

زمینی که هارپ در آن قرار دارد هنوز به نیروی هوایی آمریکا تعلق دارد. مکانیسم انتقال زمین از طریق اقدامات قانونی، به ویژه قانون مجاز دفاع ملی (NDAA) در حال انجام است. باراک اوباما در دسامبر ۲۰۱۶ اجازه این انتقال را امضا کرد که بر اساس آن انتقال تقریباً 1,158 هکتار زمین و وسایل مرتبط با پروژه هارب به دانشگاه آلاسکا مجاز اعلام شد. دانشگاه آلاسکا در حال حاضر با مهندسان ارتش آمریکا برای تکمیل عملیات انتقال در حال فعالیت هستند.

آیا اثرات طولانی مدت از گرمایش یونوسفر وجود دارد؟

خیر. از آنجا که یونوسفر ذاتاً یک محیط آشفته است که تحت تاثیر تابش شدید خورشید قرار دارد، اثرات مصنوعی در یونوسفر به سرعت از بین می‌روند. بسته به این که تداخل ایجاد شده تا چه ارتفاعی درون یونوسفر نفوذ کند اثر آن پس از زمان‌هایی کمتر از یک ثانیه تا 10 دقیقه دیگر قابل تشخیص نیست.

این اثرات و تداخلات شبیه به انداختن سنگ در یک جریان سریع آب است. موج‌های ناشی از پرتاب سنگ به سرعت در آب در حال حرکت از بین می‌روند و کمی دورتر از محل پرتاب سنگ دیگر قابل تشخیص نیستند.

یک دانشمند موسسه ژئوفیزیک دانشگاه آلاسکا اختلالات ناشی از هارپ برای یونوسفر را با قرار دادن یک بخاری غوطه ور در رودخانه یوکان مقایسه کرده است. رودخانه یوکان رودی است به دریای برینگ می‌ریزد و از کشور کانادا می‌گذرد.

هارپ چقدر از شبکه برق می‌گیرد؟

هارپ فقط برق مورد نیاز را که برای روشنایی، گرمایش و رایانه‌ها است را از شبکه برق محلی می‌گیرد. همچنین در طول عملیات یا کمپین تحقیقاتی هارپ با استفاده از ژنراتورهای خود برق مورد نیاز ابزار تحقیقی یونوسفر را تامین می‌کند.

آیا  میدا‌ن‌های الکترومغناطیسی تولید شده توسط هارپ برای سلامتی خطرناک هستند؟

فرستنده‌های فرکانس و قدرت بالای هارپ یک سیستم ثابت هستند و قدرت میدان مربوط به سیستم آنتن آن با فاصله از آنتن کاهش می‌یابد. این کاهش قدرت امواج با فاصله نسبت عکس دارد و قدرت امواج به سرعت به سطوح معمولی كه در مجاورت ايستگاه‌های پخش تلویزیونی و رادیویی است، می‌رسند.

فیلم آموزش رایگان آشنایی با پروژه هارپ در کمتر از ۴۰ دقیقه در فرادرس

کلیک کنید

سلامت و ایمنی پارامترهای اصلی در طراحی فرستنده فرکانس بالا و آرایه آنتن بوده است. هیچ مکانی در داخل و خارج از سایت وجود ندارد که میدان الکترومغناطیسی بیش از استانداردهای ایمنی برای قرار گرفتن در معرض آن وجود داشته باشد.

استانداردهای مربوط به دز دریافتی میدان الکترومغناطیسی توسط گزارش IEEE/ANSI C95.1-1992 و گزارش NCRP بند 86 محاسبه و بیان شده است.

در واقع میزان میدان‌های الکترومغناطیسی اندازه‌گیری شده در نزدیکترین نقاطی که در دسترس عموم هستند پایین‌تر از بسیاری محیط‌های شهری است. تنها نقاط موجود در سایت پروژه هارپ که به استاندارد ایمنی الکترومغناطیسی نزدیک می‌شوند نزدیک یا مستقیم زیر آنتن و روی آن هستند.

حصار در اطراف پد ماسه‌ای آنتن محوطه محدودی را در زیر آنتن‌ها محصور می‌کند، این مناطق مکان‌هایی در هارپ هستند که میزان میدان الکترومغناطیسی بالاتر از میزان استاندارد است. در خارج از این حصار میدان‌های الکترومغناطیسی بسیار سریع افت می‌کنند و همیشه زیر حد استاندارد هستند.

نزدیکترین نقطه دسترسی عمومی به تاسیسات هارپ در بزرگراه توک حدود یک کیلومتر از حصار آنتن فاصله دارد و میدان در این نقطه به 10 هزار برابر کمتر از حد استاندارد کاهش یافته است.

آیا هارپ می‌تواند باعث تغییرات آب و هوایی شود؟

خیر. امواج رادیویی در دامنه فرکانسی که هارپ ارسال می‌کند در تروپوسفر یا استراتوسفر دو سطح جو که هوای زمین را تولید می‌کنند، جذب نمی‌شوند و از آنجا که برهمکنشی بین امواج ارسالی و این دو لایه وجود ندارد هیچ راهی برای کنترل هوا نیز وجود نخواهد داشت. برای آشنایی بیشتر با لایه‌های زمین این مطلب را بخوانید.

سیستم هارپ اساساً یک فرستنده رادیویی بزرگ است. امواج رادیویی با بارهای الکتریکی و جریان‌های الکتریسیته ارتباط برقرار می‌کنند و با تروپوسفر برهم کنش قابل توجهی ندارند.

بعلاوه اگر طوفان‌های یونوسفر ناشی از خورشید بر آب و هوای سطح تأثیر نگذاشته است این فرصت و احتمال آن برای هارپ بسیار غیرمحتمل است. فعل و انفعالات الکترومغناطیسی در نقاطی که تقریباً خلاء است و یا نزدیک به ناحیه‌ای با میدان ضعیف است رخ می‌دهد، اما مناطق الکتریکی اتمسفر بالاتر از ۶۰-۸۰ کیلومتر هستند که به عنوان یونوسفر نیز شناخته می‌شود. در اثر تعامل تابش خورشید با بالاترین سطح جو زمین، یونوسفر ایجاد و دوباره پر می‌شود.

آیا پروژه هارپ می‌تواند کمتریلز یا پسدمه ایجاد کند؟

خیر. یک نظریه وجود دارد که اعلام می‌کند موادی که در پشت هواپیما به صورت ابرهایی با شکل‌های نادر تشکیل می‌شوند عوامل و مواد شیمیایی و یا بیولوژیکی هستند که در هوا و برای آسیب به عموم آزاد می‌شوند و به آن‌ها پسدمه می‌گویند.

در حقیقت این فرضیه از اساس درست نیست. پسدمه‌ها به دلیل میعان گازهای حاصل از خروجی موتورهای جت تولید می‌شوند. درست همانطور که آب از طریق لوله انتهایی اتومبیل شما دچار میعان می‌شود و در یك صبح سرد زمستانی مه یخ تولید می‌كند آب حاصل از اگزوز موتورهای جت در فضای بسیار بالا متراکم می‌شود.

با این حال هارپ در جو آب تولید نمی‌کند و توانایی آزاد سازی گازها یا مایعات را ندارد و با آب موجود در ابرها برهم کنش نمی‌کند.

آیا ابزار تحقیق یونوسفر هارپ به طور مداوم کار می‌کنند؟

خیر. آخرین عملیات فعال ابزار تحقیقات یونوسفر در 25 تا 28 مارس 2019 انجام شده است. کمپین‌های مطالعاتی و تحقیقاتی هارپ مشابه تحقیقات در نیروی هوایی آمریکا انجام می‌شود که در آن گروه‌هایی از محققین برای انجام تحقیقات تعاملی یونوسفر همکاری می‌کنند.

یک دوره تحقیقاتی معمولی ممکن است یک تا دو هفته طول بکشد و حداکثر چهار کمپین از این دست در یک سال مشخص انجام می‌شود.

چرا پروژه هارپ مشهور شد؟

هارپ موضوعی محبوب برای تئوری‌های توطئه است و شاید به همین دلیل این پروژه در میان مردم مشهور است. در حقیقت و در ابتدای این شهرت رئیس جمهور ونزوئلا هوگو چاوز این پروژه را مسئول وقوع زلزله در سال 2010 در هائیتی دانست اما بیشتر نظریه‌های این چنینی در مورد هارپ مربوط به استفاده از آن برای اصلاح هوا یا کنترل ذهن است.

در پاسخ دانشمندان و محققین پروژه هارپ این موضوع را تکذیب کرده و اعلام می‌کنند که لایه‌های تروپوسفر و استراتوسفر که بر آب و هوای زمین تاثیر می‌گذارند بسیار بالاتر از لایه یونوسفر هستند.

همچنین دانشمندان برای هر اثر دیگری که هارپ ممکن است داشته باشد بیان دارند که میزان انرژی که توسط ابزارهای تحقیقی یونوسفر هارپ در این لایه رسوب می‌کند بسیار کمتر از چیزی است که به طور طبیعی توسط خورشید تامین می‌شود و هر گونه اثری توسط این ابزارها به سرعت از بین می‌رود.

فیلم هارپ

در ادامه می‌توانید فیلمی از آسمان بر فراز پروژه هارپ را مشاهده کنید. این فیلم شامل پدیده شفق قطبی و نمایش گردش ستارگان حول ستاره قطبی نیز است.

جمع بندی

در این مطلب از مجله فرادرس پروژه هارپ را که در آلاسکا واقع است معرفی کردیم و تاریخچه آن را مورد بررسی قرار دادیم. همچنین نحوه کار آنتن‌های این مجموعه و هدف آن نیز معرفی شد و شایعات و نظریه‌های توطئه پیرامون این پروژه مرور شدند.