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 – جامع و با مفاهیم کلیدی 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 2 – جامع و با مفاهیم کلیدی 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.