سفری به اعماق جهنم در جست‌وجوی اسرار مهم خورشیدی

به گزارش ایسنا، ما بهترین مشاهدات ستاره ای را از خورشید خودمان داشته ایم و هر روز نور آن را می بینیم. برای قرن ها، دانشمندان نقاط تاریکی را که چهره درخشان خورشید را می پوشانند، ردیابی کرده اند، در حالی که در دهه های اخیر، تلسکوپ ها در فضا و روی زمین، پرتوهای خورشید را در طول موج های الکترومغناطیسی متفاوت بررسی کرده اند. آزمایش‌ها همچنین جو خورشید را بررسی کردند، باد خورشیدی را شناسایی کردند، نوترینوهای خورشیدی و ذرات پرانرژی را جمع‌آوری کردند و میدان مغناطیسی ستاره‌مان را ترسیم کردند. با این حال، ما هنوز مناطق قطبی را که برای مطالعه ساختار مغناطیسی داخلی خورشید مهم هستند، مشاهده نکرده ایم.

با وجود تمام این تحقیقات، یک سوال مهم و ناراحت کننده حل نشده باقی مانده است. در سطح خورشید دمای 6000 درجه سانتیگراد است. اما لایه‌های بیرونی جو آن که تاج نامیده می‌شود، می‌تواند به دمای یک میلیون درجه گرمتر از سطح برسد که گیج‌کننده است.

این پوشش از گاز سوزان را می توان در طی یک خورشید گرفتگی کامل مشاهده کرد، همانطور که در بخش هایی از آمریکای شمالی در 8 آوریل مشاهده شد. اگر در مسیر خسوف کامل قرار داشتید، می توانستید تاج خورشید را به صورت هاله ای درخشان در اطراف سایه ماه ببینید.

امسال، این هاله با هاله ای که در آخرین کسوف در آمریکای شمالی در سال 2017 مشاهده شد متفاوت بود. نه تنها خورشید اکنون فعال تر است، بلکه ساختاری را بررسی می کنیم که دانشمندان در حال مطالعه ستاره اصلی آن هستند. مشاهدات از راه دور خورشید به اندازه کافی خوب نبود که بفهمیم چه چیزی باعث گرم شدن تاج می شود. برای حل این معما و دیگر معماها، به یک کاوشگر فضایی خورشیدی نیاز داشتیم.

این فضاپیما، که کاوشگر خورشیدی پارکر ناسا نام دارد، در سال 2018 پرتاب شد. اکنون، همانطور که به دور خورشید می چرخد، در داخل و خارج از تاج خورشیدی فرو می رود و داده هایی را جمع آوری می کند که به ما نشان می دهد چگونه فعالیت مغناطیسی در مقیاس کوچک در تاج خورشیدی جو خورشید تاج خورشید را تقریباً غیرقابل تصور داغ می کند.

از سطح به پوسته

برای شروع درک سوختن تاج خورشیدی، باید به میدان های مغناطیسی نگاه کنیم.

موتور مغناطیسی خورشیدی موسوم به دینام خورشیدی در حدود 200 هزار کیلومتر زیر سطح خورشید قرار دارد. همانطور که موتور می‌چرخد، فعالیت خورشید را هدایت می‌کند که طی دوره‌های تقریباً 11 ساله کاهش می‌یابد و از بین می‌رود. هنگامی که خورشید فعال تر است، شعله های خورشیدی، لکه های خورشیدی و شعله ها در شدت و فرکانس افزایش می یابد. خورشید در حال حاضر در دوره طلوع خود است.

در سطح خورشید، میدان‌های مغناطیسی در امتداد مرزهای سلول‌های همرفتی ایجاد می‌شوند و ظاهری شبیه به حباب‌هایی در ظرف روغنی که روی اجاق می‌جوشند، ایجاد می‌کنند. سطح خورشیدی که دائما در حال جوشیدن است، این میدان های مغناطیسی را در لبه سلول ها متمرکز و تقویت می کند. این میدان‌های تقویت‌شده سپس فوران‌های گذرا و نانو فوران‌ها را هنگام تعامل با پلاسمای خورشیدی به فضا پرتاب می‌کنند.

میدان های مغناطیسی نیز می توانند از سطح خورشید فوران کنند و پدیده هایی در مقیاس بزرگتر ایجاد کنند. در مناطقی که میدان قوی است، لکه های خورشیدی تیره و حلقه های مغناطیسی غول پیکر ظاهر می شوند. در بیشتر مناطق، به ویژه در قسمت پایین تاج خورشیدی و نزدیک لکه های خورشیدی، این کمان های مغناطیسی با هر دو سر متصل به خورشید “بسته” هستند. این حلقه های بسته در سایزهای مختلف موجود می باشد. از رنگین کمان های کوچک گرفته تا رنگین کمان های شعله ور که در هنگام کسوف دیده می شوند.

در مناطق دیگر، چنین حلقه هایی در حال باز شدن هستند. تاج سوزان خورشید منشأ باد خورشیدی مافوق صوت است و جریان‌هایی از ذرات باردار را ایجاد می‌کند که حباب محافظ وسیعی را در اطراف منظومه شمسی به نام هلیوسفر تشکیل می‌دهند که بسیار فراتر از سیارات شناخته شده است. این ذرات گاهی میدان های مغناطیسی را به اعماق فضا می برند. هنگامی که این اتفاق می افتد، مگنتوسفر به سمت لبه هلیوسفر کشیده می شود و یک میدان مغناطیسی “باز” ​​را تشکیل می دهد.

ما می دانستیم که این فرآیندهای مغناطیسی باید به نحوی با هم کار کنند تا تاج خورشیدی را گرم کنند، اما این فرآیند چگونه کار می کند؟

در طول سال ها، دانشمندان توضیحات زیادی برای کرونای فوق داغ ارائه کرده اند. برخی این جو خورشید را مایع می دانند و انتقال گرما در مایع را توضیح می دهند. برخی دیگر پیشنهاد می کنند که امواج مغناطیسی تابش شده از سطح خورشید دائماً در نوسان هستند و گرما را به جو می ریزند، یا اینکه نوعی ناپایداری جنبشی در سطح ذرات وجود دارد.

در سال 1988، یوجین پارکر، اخترفیزیکدان در دانشگاه شیکاگو، استدلال کرد که همرفت در سطح خورشید می تواند میدان های مغناطیسی را که به تاج امتداد می یابد، در هم ببندد و در نتیجه انرژی مغناطیسی را در جو خورشید ایجاد و ذخیره کند. او گفت وقتی این خطوط میدان ناگزیر شکسته می شوند و دوباره به هم متصل می شوند، انرژی مغناطیسی ذخیره شده در جو خورشید آزاد می شود. در آنجا انرژی اتمسفر را تا دمای بالا گرم می کند و نانو فوران ایجاد می کند.

پارکر همچنین مسئول این فرضیه در سال 1958 بود که تاج فوق گرم منبع باد خورشیدی است. اگرچه در آن زمان به طور گسترده ای مورد تمسخر قرار گرفت، ایده او درست بود و در زمینه هلیوفیزیک اساسی شد.

ایده پارکر منطقی بود، اما ما اطلاعات کافی برای تایید یا رد هیچ یک از توضیحات، از جمله توضیحات او، نداشتیم. روش هایی که ما برای مطالعه خورشید به کار بردیم در حد چالش نبود.

امید جدید

نقطه عطف در سال 2005 زمانی که صدها دانشمند خورشیدی در ویستلر، بریتیش کلمبیا ملاقات کردند، رخ داد.

تا آن زمان، جامعه خورشیدی عمدتاً بر روی سنجش از دور خورشید از طریق تلسکوپ‌های زمینی، موشک‌ها یا ماهواره‌هایی مانند SOHO متمرکز بود. SOHO ماموریتی است که توسط آژانس فضایی اروپا (ESA) پرتاب شده و هنوز ادامه دارد.

از سوی دیگر، جامعه تحقیقاتی باد خورشیدی با استفاده از ماهواره هایی مانند کاوشگر خورشیدی پیشرفته ناسا، نمونه هایی از تاج گسترده خورشید را جمع آوری و تجزیه و تحلیل می کند. هدف این کنفرانس ادغام نتایج حاصل از این رصدخانه های جدید و بررسی اینکه آیا می توانیم رمز و راز تاج داغ خورشید و چگونگی شتاب باد خورشیدی را درک کنیم.

در آن مرحله، ما می دانستیم که مگنتوسفر خورشیدی به گونه ای رفتار می کند که ما انتظارش را نداشتیم. داده های SOHO نشان داده است که در سطح جهان، میدان مغناطیسی خورشیدی بسیار متغیرتر از آن چیزی است که ما فکر می کردیم. و ذراتی که باد خورشیدی را تشکیل می‌دهند، که در نزدیکی زمین اندازه‌گیری می‌شوند، الگوهای ترکیبی عجیبی داشتند که اگر باد مستقیماً از سطح خورشید منشا می‌گرفت، همانطور که پیش‌بینی می‌شد، منطقی نبود. به نظر می رسید که نوعی فعالیت مغناطیسی در جو خورشید باعث ایجاد این باد و گرمایش تاج خورشیدی می شود، اما ما هیچ مدلی برای توضیح نحوه عملکرد آن نداشتیم.

بحث ها طولانی و فشرده بود، اما آنها زمینه را برای یک تصمیم کلیدی فراهم کردند: نیاز مطلق به انجام مشاهدات دقیق تر از خورشید با مأموریتی به نام کاوشگر خورشیدی. مدلی از این فضاپیما که می‌توانست در برابر سختی‌های محیط نزدیک به خورشید مقاومت کند، جلوی اتاق هیئت مدیره قرار داشت و پس از چهار دهه فکر کردن در مورد آن، در شرف تحقق آن بودیم. در سال 2017، ناسا به درخواست رئیس علم توماس زبورچن، ماموریت یوجین پارکر را تغییر نام داد و اکنون به کاوشگر خورشیدی پارکر تبدیل شد.

خورشید را لمس کنید

یوجین پارکر پرتاب کاوشگر خورشیدی پارکر از کیپ کاناورال در سال 2018 بر فراز موشک دلتا IV هوی را تماشا می کند. پس از پرواز، او از زبورچن به خاطر افتخار گنجاندن نامش در کاوشگر تشکر کرد و در لحظه‌ای نادر گفت که آرزو می‌کند برخی از همکارانی که ایده‌های او را مسخره می‌کردند، که تقریباً به قیمت کار او تمام شد، هنوز زنده بودند در این لحظه

این کاوشگر چندین بار از کنار سیاره زهره عبور کرد تا از میدان مغناطیسی آن برای نزدیک شدن به خورشید استفاده کند و در 28 آوریل 2021 برای اولین بار تاج خورشید را لمس کرد. اکنون این نزدیکترین فضاپیمای به ستاره ما و سریعترین شیء ساخته شده توسط انسان بود که تا کنون به فضا پرتاب شده است. در واقع، پارکر ماه گذشته برای هجدهمین بار از کنار خورشید با سرعتی عبور کرد که واشنگتن دی سی را در 20 ثانیه به لس آنجلس رساند و در 36 دقیقه به ماه رسید.

همانطور که انتظار می رفت، مشاهدات کاوشگر در نزدیکی خورشید برای درک ما از گرمایش تاج مهم بود. این مشاهدات مشکل ما را با رمزگشایی اثرات مغناطیس بر باد خورشیدی بسیار نزدیک حل کرد و کلید یادگیری نحوه عملکرد تاج خورشیدی شد.

از نزدیک زمین، باد خورشیدی به صورت یک سیال متلاطم ظاهر می شود که تنها در بزرگ ترین مقیاس ها به خورشید متصل است. اما از نزدیک، ساختار آن مستقیماً منعکس کننده سطح خورشید است. پلاسمای خورشیدی نزدیک به خورشید به جای اینکه یک سیال نامنظم باشد، در جریان‌هایی به بیرون جریان می‌یابد که اغلب با ابعاد سلول‌های همرفتی روی سطح خورشید مطابقت دارند.

در طی هر گردش به دور خورشید، فضاپیما از این جریان ها عبور می کند و اثر انگشتی از فعالیت مغناطیسی را تشخیص می دهد که به منبع گرمای تاجی اشاره می کند. این اثرات ساختارهای S شکلی هستند که هنگام برخورد مدارهای مغناطیسی بسته با مدارهای مغناطیسی باز و پیوند با آنها ایجاد می شوند. این رویداد به عنوان رویداد اتصال مجدد تبادل شناخته می شود.

این رویدادهای اتصال مجدد گرما تولید می کنند و مواد خورشیدی را به فضا می فرستند، در نتیجه تاج را گرم می کنند و ذرات باد خورشیدی را شتاب می بخشند.

اگرچه برخی از دانشمندان کاملاً متقاعد نشده اند که این مشکل حل شده است، اکنون میدان نشان می دهد که توضیح پارکر در سال 1988 درست است.

گرمایش تاج در نهایت به میدان های مغناطیسی در مقیاس کوچک بستگی دارد. دانه‌های همرفتی روی سطح خورشید، میدان‌های مغناطیسی را در لبه‌های خود متمرکز می‌کنند و زنجیره‌ای از رویدادها را به وجود می‌آورند که از طریق فعل و انفعالات مغناطیسی بعدی در جو، منجر به باد خورشیدی مافوق صوت و میلیون‌ها درجه دما می‌شود.

اواخر امسال، کاوشگر خورشیدی پارکر رکورد خود را خواهد شکست و حتی به خورشید نزدیک‌تر خواهد شد. سفری دیگر به جهنم و بازگشت، در جستجوی پاسخ های بیشتر برای اسرار بزرگ خورشید سوزان ما.

انتهای پیام