زمین؛ قربانی خشم خورشید!

به گزارش آرمان ملی آنلاین ، محققان با استفاده از فضاپیمای Solar Orbiter به پیشرفتی در درک منشأ بادهای خورشیدی "کند" دست یافته‌اند؛ این کار با تجزیه و تحلیل نمونه‌های باد خورشیدی و گرفتن تصاویر از سطح خورشید انجام شد. این کشف درک ما از پدیده‌های خورشیدی و تأثیرات آنها بر منظومه شمسی گسترده‌تر را افزایش می‌دهد.

باد خورشیدی که می‌تواند با سرعت صدها کیلومتر در ثانیه حرکت کند، سال ها دانشمندان را مجذوب خود کرده است و تحقیقات جدیدی که امروز در مجله Nature Astronomy منتشر شد، سرانجام چگونگی شکل‌گیری آن را روشن می‌کند.

باد خورشیدی جریان پیوسته ذرات پلاسمای باردار از خورشید به فضا را توصیف می‌کند؛ سرعت باد بیش از ۵۰۰ کیلومتر در ثانیه به عنوان "سریع" شناخته می‌شود و کمتر از ۵۰۰ کیلومتر در ثانیه به عنوان "آهسته" توصیف می‌شود.

هنگامی که این باد به جو زمین برخورد می‌کند، می‌تواند منجر به شفق خیره کننده‌ای شود که ما به عنوان شفق شمالی می‌شناسیم. اما زمانی که مقادیر بیشتری پلاسما به شکل یک پرتاب جرم تاجی آزاد می‌شود، می‌تواند خطرناک نیز باشد و آسیب قابل توجهی به ماهواره‌ها و سیستم‌های ارتباطی وارد کند.

علیرغم دهه‌ها مشاهدات، منابع و مکانیسم‌هایی که پلاسمای باد خورشیدی را آزاد می‌کنند، شتاب می‌دهند و پلاسمای باد خورشیدی را از خورشید دور می‌کنند و به منظومه شمسی منتقل می‌کنند، به‌خوبی شناخته نشده‌اند و در این بین بادهای کند خورشیدی حتی ناشناخته‌تر هستند.

در سال ۲۰۲۰ آژانس فضایی اروپا (ESA) با حمایت ناسا، ماموریت مدارگرد خورشیدی را اجرا کرد. یکی از اهداف اصلی این مأموریت، علاوه بر گرفتن نزدیک‌ترین و دقیق‌ترین تصاویری که تاکنون از خورشید گرفته شده است، اندازه‌گیری و پیوند باد خورشیدی به منطقه مبدا آن در سطح خورشید است.

در مدارگرد خورشیدی که به عنوان پیچیده‌ترین آزمایشگاه علمی که تا به حال به خورشید ارسال شده است، توصیف می‌شود، ده ابزار علمی مختلف خورشیدی وجود دارد، برخی در محل برای جمع‌آوری و تجزیه و تحلیل نمونه‌هایی از باد خورشیدی هنگام عبور از فضاپیما و سنجش از دور استفاده می‌شوند و برخی ابزار طراحی شده برای ثبت تصاویر با کیفیت بالا از فعالیت در سطح خورشید هستند.

مجموعه ده ابزار علمی مدارگرد خورشیدی که خورشید را مطالعه می‌کند به طور کلی به دو دسته درجا و سنجش از دور تقسیم می‌شوند. ابزارهای درجا شرایط اطراف خود فضاپیما را اندازه گیری می‌کنند. ابزارهای سنجش از دور آنچه را که در فواصل دورتر اتفاق می‌افتد اندازه‌گیری می‌کنند. با هم، هر دو مجموعه داده می‌توانند برای کنار هم قرار دادن تصویر کامل تری از آنچه در تاج خورشید و باد خورشیدی اتفاق می‌افتد، استفاده شوند.

با ترکیب داده‌های عکاسی و ابزاری، دانشمندان برای اولین بار توانستند با وضوح بیشتری شناسایی کنند که باد خورشیدی کند از کجا منشا می‌گیرد. این به آن‌ها کمک کرد تا بفهمند چگونه می‌تواند خورشید را ترک کند و سفر خود را به هلیوسفر، حباب غول‌پیکر اطراف خورشید و سیاراتش که منظومه شمسی ما را از تابش بین ستاره‌ای محافظت می‌کند، آغاز کند.

دکتر استف یاردلی از دانشگاه نورثامبریا، نیوکاسل آپون تاین، توضیح می‌دهد: «تغییرپذیری جریان‌های باد خورشیدی اندازه‌گیری شده در محل در فضاپیمای نزدیک به خورشید، اطلاعات زیادی را در مورد منابع آنها در اختیار ما قرار می‌دهد. اگرچه مطالعات گذشته منشأ بادهای خورشیدی را ردیابی کرده‌اند اما این کار بسیار نزدیکتر به زمین انجام شده است که در آن زمان این تغییرپذیری از بین می‌رود.»

از آنجایی که مدارگرد خورشیدی بسیار نزدیک به خورشید حرکت می‌کند، ما می‌توانیم ماهیت پیچیده باد خورشیدی را به تصویر بکشیم تا تصویر واضح‌تری از منشأ آن و چگونگی این پیچیدگی ناشی از تغییرات در مناطق مختلف منبع دریافت کنیم. تصور می‌شود که تفاوت بین سرعت بادهای سریع و آهسته خورشیدی به دلیل نواحی مختلف تاج خورشید باشد که بیرونی‌ترین لایه اتمسفر آن است که از آن سرچشمه می‌گیرند.

تاج به مناطقی اطلاق می‌شود که خطوط میدان مغناطیسی تنها در یک انتها به خورشید لنگر می‌اندازند و از سوی دیگر به فضا کشیده می‌شوند و بزرگراهی برای فرار مواد خورشیدی به فضا ایجاد می‌کنند. این مناطق سردتر هستند و اعتقاد بر این است که منبع باد سریع خورشیدی هستند.

در همین حال، تاج بسته به مناطقی از خورشید اشاره دارد که خطوط میدان مغناطیسی آن بسته هستند، به این معنی که آنها در هر دو انتها به سطح خورشید متصل هستند. اینها را می‌توان به عنوان حلقه‌های روشن بزرگی که بر روی مناطق فعال مغناطیسی تشکیل می‌شوند مشاهده کرد.

گاهی اوقات این حلقه‌های مغناطیسی بسته شکسته می‌شوند و فرصت کوتاهی برای فرار مواد خورشیدی فراهم می‌کنند، به همان روشی که از طریق خطوط میدان مغناطیسی باز انجام می‌شود. یکی از اهداف مدارگرد خورشیدی آزمایش این نظریه است که باد خورشیدی کند از تاج بسته سرچشمه می‌گیرد و می‌تواند از طریق این فرآیند شکستن و اتصال مجدد خطوط میدان مغناطیسی به فضا فرار کند.

یکی از راه‌هایی که تیم علمی توانست این نظریه را آزمایش کند، اندازه‌گیری «ترکیب» یا تشکیل جریان‌های باد خورشیدی بود. ترکیب یونهای سنگین موجود در مواد خورشیدی بسته به اینکه از کجا منشا گرفته است متفاوت است. داغتر، بسته در مقابل تاج سردتر، باز.

با استفاده از ابزارهای موجود در مدارگرد خورشیدی، این تیم قادر به تجزیه و تحلیل فعالیت‌های انجام شده در سطح خورشید و سپس مطابقت آن با جریان‌های باد خورشیدی جمع آوری شده توسط فضاپیما شدد.

با استفاده از تصاویر سطح خورشید گرفته شده توسط مدارگرد خورشیدی، آنها توانستند مشخص کنند که جریان‌های باد کند از ناحیه‌ای که تاج باز و بسته به هم می‌رسند آمده‌اند و این نظریه را اثبات می‌کند که باد کند می‌تواند از طریق فرآیند شکستن و اتصال مجدد از خطوط میدان مغناطیسی بسته فرار کند.

همانطور که دکتر یاردلی، از گروه تحقیقاتی فیزیک خورشیدی و فضایی دانشگاه نورثامبریا، توضیح می‌دهد: «ترکیب متغیر باد خورشیدی اندازه‌گیری شده در مدارگرد خورشیدی با تغییر ترکیب در سرچشمه‌های تاج همخوانی داشت. تغییرات در ترکیب یون‌های سنگین همراه با الکترون‌ها شواهد محکمی را ارائه می‌کند که نشان می‌دهد نه تنها تغییرپذیری ناشی از نواحی مختلف منبع است، بلکه به دلیل فرآیندهای اتصال مجدد بین حلقه‌های بسته و باز در تاج است.