جيمس فان ألن: الرجل الذي وجد درع الأرض غير المرئي

في أوائل عام 1958، استمر عداد غايغر على متن أول قمر صناعي أمريكي في الصمت عند ارتفاعات معينة. كان الاستنتاج البديهي هو وجود عطل في الأداة، وهذا ما أبلغ عنه المهندسون. لكن الفيزيائي الذي بناها لم يتفق معهم. يتذكر قائلاً: "لقد أخبرونا أن أداتنا توقفت عن العمل. كنا نعلم خلاف ذلك وأدركنا أننا واجهنا ظاهرة جديدة تماماً في الفضاء". لم يكن العداد ميتاً، بل كان يغرق تحت ضغط هائل.

ماونت بليزانت

وُلد جيمس ألفريد فان ألن (James Alfred Van Allen) في 7 سبتمبر 1914 في مزرعة بالقرب من ماونت بليزانت، آيوا - وهو أصل لم يتنصل منه أبداً ولم يعتذر عنه. حصل على درجة البكالوريوس من كلية آيوا ويسليان في عام 1935، ثم الماجستير في عام 1936، والدكتوراه في عام 1939 من جامعة آيوا، حيث عمل في الفيزياء النووية. لم يكن هناك شيء في مساره المهني يوحي بأنه سينتهي به المطاف بتسمية ميزة دائمة للكوكب باسمه.

حرب قضيت في جعل الأشياء متينة

منذ عام 1940، عمل على صمام التقارب اللاسلكي - وهو جهاز يسمح لقذيفة مضادة للطائرات باكتشاف هدفها والانفجار بالقرب منه بدلاً من الاصطدام به - تحت إشراف لجنة أبحاث الدفاع الوطني. في عام 1942، انتقل إلى مختبر الفيزياء التطبيقية في جامعة جونز هوبكنز، حيث كانت مشكلته عملية بشكل وحشي: كانت الأنابيب المفرغة تتحطم عند إطلاقها من ماسورة المدفع، وكان على شخص ما جعل الإلكترونيات تنجو من تسارع قذيفة بحرية.

ثم خدم كملازم في البحرية الأمريكية من 1942 إلى 1946، وحصل على أربعة نجوم معركة مع أسطول المحيط الهادئ. من الجدير بالذكر ما علمه هذا العقد له في الواقع. قضى فان ألن سنواته المهنية التكوينية في تعلم كيفية بناء أدوات دقيقة تظل تعمل في ظل ظروف عنيفة، وكيفية تفسير ما تقوله عندما تعود. تلك هي بالضبط مجموعة المهارات التي ستحتاجها فيزياء الفضاء قريباً، ولم يكن لدى أي شخص آخر تقريباً هذه المهارات.

البالونات والصواريخ و"روكون"

منذ عام 1946، أدار أبحاث الارتفاعات العالية في مختبر الفيزياء التطبيقية، ونظم تجارب على متن صواريخ V-2 ألمانية مستولى عليها وساعد في تطوير صاروخ السبر Aerobee. كانت الصواريخ نادرة ومكلفة، لذا ابتكر طريقاً أرخص نحو الأعلى: "روكون" (Rockoon)، وهو صاروخ صغير يُحمل بواسطة بالون ويُطلق من ارتفاع عالٍ، متخطياً الجزء الأكثر سمكاً من الغلاف الجوي وأكبر جزء من تكلفة الوقود. كان هذا حلاً نموذجياً - غير براق، عبقري، ومدفوع بحقيقة أنه كان يريد البيانات أكثر مما كان يريد الأجهزة.

في عام 1951، انضم إلى قسم الفيزياء في جامعة آيوا، حيث بقي حتى تقاعده في عام 1985. قام ببناء واحدة من مجموعات فيزياء الفضاء الرائدة في العالم في ولاية معروفة أكثر بالذرة.

إكسبلورر 1

كانت السنة الجيوفيزيائية الدولية 1957-1958 هي بداية عصر الفضاء، وطار كاشف الإشعاع الخاص بفان ألن على متن "إكسبلورر 1"، أول قمر صناعي أمريكي، ثم على متن "إكسبلورر 3". لم تكن البيانات منطقية. عند الارتفاع المنخفض، تصرف العداد بشكل طبيعي؛ وعند ارتفاع أعلى، لم يبلغ عن أي شيء على الإطلاق - ليس إشارة ضعيفة، بل صفراً.

كانت رؤية فان ألن هي قراءة الصمت بشكل صحيح. فالأداة التي لا تبلغ عن شيء يمكن أن تكون معطلة، أو يمكن أن تكون مغمورة: مشبعة بإشعاع أكثر مما صُممت لحسابه، وبالتالي فهي صامتة. خلص إلى الاحتمال الأخير، ومن خلال القيام بذلك حدد حزامين واسعين من الجسيمات المشحونة المحتجزة بواسطة مجال الأرض المغناطيسي، والتي تطوق الكوكب - وهي الهياكل التي حملت اسمه فوراً.

وصف ذلك بأنه "أول اكتشاف علمي في عصر الفضاء"، والوصف دقيق. لقد وضع البشر جسماً فوق الغلاف الجوي وعرفوا فوراً شيئاً عن الأرض لم يكن من الممكن لأي مراقبة أرضية أن تكشف عنه. كما أسس هذا الاكتشاف تخصصاً: لم تكن فيزياء الغلاف المغناطيسي موجودة بشكل مفيد قبل "إكسبلورر 1" وأصبحت مجالاً رئيسياً منذ ذلك الحين. اختارته مجلة تايم كأحد رجال العام في 1960، وهو شرف غير معتاد لأستاذ لديه عداد غايغر.

نحو الكواكب

كانت الأحزمة هي البداية وليست القمة. استمر فان ألن في العمل كباحث رئيسي في أربع وعشرين مهمة فضائية، وأنتجت أدواته أول قياسات مباشرة للغلاف المغناطيسي لكوكب المشتري وزحل. كما ابتكر تقنية أنيقة حقاً: قراءة توقيعات امتصاص الجسيمات المشحونة لاكتشاف حلقات وأقمار لم تُشاهد من قبل - استنتاج وجود أجسام صلبة من الظلال التي تلقيها في بيئة إشعاع الكوكب.

المنشق

كان، في عقوده الأخيرة، واحداً من أبرز منتقدي الرحلات الفضائية المأهولة، مجادلاً باستمرار بأن المهمات الروبوتية تعيد علماً أكثر بكثير مقابل كل دولار. في عام 2004، عبر عن ذلك بوضوح مميز: "الدافع الوحيد المتبقي لمواصلة رحلات الفضاء البشرية هو أيديولوجية المغامرة". قادمة من الرجل الذي قام بأول اكتشاف في عصر الفضاء، كان هذا محرجاً لناسا ومستحيلاً على التجاهل.

ومع ذلك، تراكم الاعتراف: الانتخاب لعضوية الأكاديمية الوطنية للعلوم في 1959، رئاسة الاتحاد الجيوفيزيائي الأمريكي من 1982 إلى 1984، الميدالية الوطنية للعلوم في 1987، جائزة كرافورد في 1989، وجائزة فانيفر بوش في 1991. توفي في 9 أغسطس 2006 بسبب فشل قلبي عن عمر يناهز 91 عاماً.

لماذا يُدعى جيمس بالعبقري

الجودة المحددة التي ظهرت في عام 1958 لم تكن الحساب بل الأعصاب التفسيرية - الرغبة في الوثوق بحجة فيزيائية على حساب تفسير مؤسسي واضح. كان بإمكان الجميع رؤية أن العداد قد هدأ. كانت القراءة الافتراضية هي فشل المعدات، وكانت القراءة التي لا تحمل أي مخاطر مهنية. فكر فان ألن بدلاً من ذلك فيما سيفعله كاشف مشبع، وخلص إلى أن الصمت بحد ذاته هو الإشارة، وأكد اكتشافاً رئيسياً على أساس بيانات بدت كأنها خلل. هذا شكل نادر من الذكاء العلمي: معرفة أداتك بشكل حميم لدرجة أنك تستطيع تمييز أداة مكسورة عن أداة مندهشة.

تم اكتساب هذا الذكاء بدلاً من كونه فطرياً. كان عمل صمام التقارب وبرامج V-2 و"روكون" يعني أنه قضى عشرين عاماً في بناء الكاشفات وقراءة أنماط فشلها. كانت الرؤية هي ثمرة نوع غير عصري للغاية من الخبرة.

حالة العداد تستحق الذكر. لم يكن فان ألن منظراً؛ لم يقترح إطاراً عميقاً، وتم شرح فيزياء الجسيمات المحتجزة بشكل كبير من قبل الآخرين. اعتمد الاكتشاف أيضاً على التواجد في المكان الصحيح - كانت أدوات الأقمار الصناعية الأمريكية في 1958 نادياً صغيراً للغاية، ومن المحتمل أن أي شخص يطير بعداد إشعاع سيكشف الأحزمة عاجلاً أم آجلاً. ما يخصه بحق هو تصميم التجربة، والأداة، والقراءة الصحيحة للبيانات الغامضة، ثم خمسة عقود أخرى من العمل من الدرجة الأولى في المشتري وزحل التي لا ينسبها أحد إلى الحظ.

الإرث

تحمل الأحزمة اسمه، وهو أندر أنواع النصب التذكارية: ميزة دائمة للأرض سُميت باسم صبي مزرعة آيوا الذي لاحظها. لقد منح علم الكواكب نتيجته التأسيسية ثم قضى خمسين عاماً يجادل بهدوء بأن الهدف من الذهاب إلى الفضاء هو تعلم شيء ما. لا تزال الأحزمة تشكل قيداً عملياً على كل قمر صناعي وكل مهمة مأهولة تغادر المدار المنخفض - جزء من الكوكب لم يكن أحد يعرف أنه موجود حتى صمتت أداة ورفض رجل واحد تصديق أنها مكسورة.