میدان مغناطیسی خورشید

خورشید ستاره فعال و خستگی ناپذیری است؛ کره‌ای متشکل از پلاسمای داغ با حرکت هم‌رفت داخلی که میدان مغناطیسی تولید می‌کند. فعالیت‌های خورشیدی ناشی از میدان مغناطیسی آن هستند و شراره‌های خورشیدی، خروج جرم از تاج خورشیدی را شامل می‌شوند. در دهه‌های اخیر، فعالیت‌های خورشیدی را به کمک ماهواره‌ها اندازه‌گیری می‌کنند، اما پیش از آن از متغیرهای پراکسی برای انجام این کار استفاده می‌شد.

جریان‌های پرسرعت بادهای خورشیدی از حفره‌های تاج خورشیدی در سطح فوتوسفر آن به بیرون منتشر می‌شوند. هم خروج جرم از تاج خورشیدی و هم جریان‌های پرسرعت بادهای خورشیدی پلاسما و میدان مغناطیسی بین سیاره‌ای را به بیرون از منظومه شمسی می‌برند.

لکه‌های خورشیدی که به شکل تکه‌های تیره در فوتوسفر خورشید دیده می‌شوند نیز در اثر تراکم میدان‌های مغناطیسی در نقاطی که از انتقال گرما از درون خورشید به سطح آن جلوگیری می‌شود به وجود می‌آیند. در نتیجه، این لکه‌ها کمی سردتر از فوتوسفر پیرامون خود هستند و به همین دلیل تیره دیده می‌شوند. زمانی که مینیمم خورشیدی فرا می‌رسد، یعنی فعالیت‌های خورشید در حداقل میزان است، لکه‌های معدودی قابل مشاهده هستند و گاهی اصلاً دیده نمی‌شوند.

***

خورشید ستاره‌ای بسیار پویا است و مدام در آن تغییر و تحول رخ می‌دهد. علل فیزیکی که رخدادهای خورشیدی را موجب می‌شوند هنوز برای دنیای علم ناشناخته هستند. در چند ماه گذشته نیز خورشید بسیار پرتکاپو بوده است.

کاوشگر «سولار اوربیتر» (مدارگرد خورشید) به تازگی شاهد انفجار بمب‌های لکه خورشیدی با نام «AR3140 »بوده‌است. این ماهواره که متعلق به «آژانس فضایی اروپا» یا ESAاست، در تاریخ پنجم سپتامبر ۲۰۲۲ حجمی استوانه‌ای شکل از گاز را رصد کرده که مارپیچ‌وار به درون میدان مغناطیسی خورشید حرکت می‌کند. این ماهیت گازی، مار خورشیدی نام دارد و لوله‌ای متشکل از گازهای جوی خنک‌تر است که مانند مار در منحنی‌های طولانی حرکت می‌کنند.

سولار اوربیتر به منظور اندازه‌گیری دقیق هلیوسفر داخلی و بادهای خورشیدی که در حال متولد شدن هستند ساخته شده‌است و از فاصله نزدیک نواحی قطبی خورشیدی را رصد می‌کند؛ کاری که انجام آن از روی زمین دشوار است. هدف از انجام این مأموریت پاسخ‌گویی به یک پرسش است: خورشید چگونه هلیوسفر یا هورسپهر خود را می‌سازد و آن را مهار می‌کند؟ هلیوسفر گستره‌ای حباب مانند از فضا است که در سیطره خورشید قرار دارد و بادهای خورشیدی را در برگرفته است.

تشکیل بمب‌های اِلِرمن و مارهای خورشیدی گویای فعالیت زیاد در سطح این ستاره سوزان هستند. بمب‌های اِلِرمن در مناطقی از سطح خورشید که میدان مغناطیسی نیرومندی وجود دارد شکل می‌گیرند. بمب‌ها به احترام «فردیناند اِلِرمن»، فیزیک‌دانی که در دهه ۱۹۰۰ روی آنها مطالعه می‌کرد نام‌گذاری شده‌اند و انفجارهای مغناطیسی هستند که در اثر برخورد قطب‌های مخالف رخ می‌دهند. به بیانی دقیق‌تر، آنها به شکل رشته‌هایی بلند با حرکت تصادفی هستند و وقتی دو جریان یونی باردار مخالف در فوتوسفر خورشید به هم برخورد می‌کنند نمایان می‌شوند. اگر چه قدرت این انفجارها یک میلیونیم شراره‌های خورشیدی معمولی است اما بسیار پرانرژی هستند و معادل ۱۰۰ هزار بمب اتم استفاده شده در دوران جنگ جهانی دوم از خود انرژی آزاد می‌کنند.

این رویدادها ناشی از مجموع فعالیت مغناطیسی شدید و فشار در بخش‌های بیرونی خورشید هستند. بیش از یک قرن است که دانشمندان به ماهیت بمب‌های اِلِرمن پی برده‌اند، اما منشأ آنها هنوز موضوعی بحث برانگیز است. آنها تکه‌های روشنی را در سطح خورشید پدید می‌آورند، اما آن چه باعث به وجود آمدنشان می‌شود هنوز ناشناخته است.

شراره‌های خورشیدی و خروج جرم از تاج خورشیدی نیز در نقاطی از خورشید که فعالیت بیشتر است اتفاق می‌افتند. بنابراین، بمب‌های اِلِرمن می‌توانند زنگ خطری برای وقوع رخدادهای خورشیدی شدیدتر باشند. آنها با نوع دیگری از فعالیت خورشیدی مرتبط هستند و می‌توانند نشان‌دهنده شراره‌های خورشیدی شدیدتر و خروج جرم از تاج خورشیدی با قدرت بیشتر در آینده باشند.

مار خورشیدی که در پنجم سپتامبر توسط سولار اوربیتر شناسایی شد نیز خروج پلاسمای خورشیدی است، اما میدان مغناطیسی خورشید به طرزی بی‌سابقه آن را معلق نگه داشته است. این مار گازی در واقع لوله‌ای از پلاسمای سرد است که در محیط پلاسماییِ داغ‌تر جو خورشید توسط میدان‌های مغناطیسی به حالت معلق در آمده‌است.

میدان مغناطیسی خورشید یک رشته فوق‌العاده طولانی دارد که از یک سوی خورشید تا سوی دیگر آن امتداد دارد و پلاسمای درون مار نیز تابع آن است. جریان پلاسما از یک سو به سوی دیگر روان است، اما میدان مغناطیسی بسیار در هم پیچیده است. بنابراین، جریان پلاسما در یک ساختار پیچ خورده تغییر جهت می‌دهد.

در تصویر ویدئویی که مدارگرد خورشید گرفته است، پلاسمای بسیار داغ که دمایش به یک میلیون درجه سلسیوس نیز می‌رسد در امتداد یک رشته بلند از میدان مغناطیسی خورشید به شکلی مارگونه حرکت می‌کند. برای ساختن فیلمی از این مار که گذشت زمان را نشان دهد، دانشمندان از «تصویردار فرابنفش بسیار دور» استفاده کردند. طبق محاسبه آژانس فضایی اروپا مدت زمانی که طول کشید تا مار از سطح خورشید عبور کند سه ساعت بود. با توجه به فاصله طولانی طی شده، این مار خورشیدی با سرعت ۱۷۰ کیلومتر در ثانیه، معادل حدود ۳۸۰هزار مایل در ساعت حرکت می‌کرد.

منطقه‌ای که مار خورشیدی از آن خارج شد بسیار پویا است و مدتی پس از بیرون آمدن مار، منفجر شد و فوران «خروج جرم از تاج خورشیدی»(CME) را تجربه کرد. به دنبال آن، مقادیر بسیار زیادی، به عبارتی دیگر میلیاردها تن پلاسمای خورشیدی به درون فضا پرتاب شد. این انفجار یکی از شدیدترین رویدادهای ذرات پرانرژی خورشیدی است که «آشکارساز ذرات پرانرژی» سولار اوربیتر تا کنون شناسایی کرده است. این اتفاق دلالت بر این دارد که مارهای خورشیدی نیز می‌توانند پیش درآمد و ماده متشکله فعالیت‌های خورشیدی بزرگ‌تر و مهم‌تری باشند. مدارگرد برای تصویربرداری از همه این اتفاق‌ها از تجهیزات و ابزارهای مختلفی بهره‌مند بوده است.

این رویدادها زمانی اتفاق می‌افتند که خورشید به آهستگی به ماکسیمم خورشیدی نزدیک می شود؛ زمانی که شراره های خورشیدی و خروج جرم از تاج خورشیدی به میزان بیشتری در آن به وجود می‌آیند و پویایی این ستاره را بیشتر می‌کنند. فعالیت خورشیدی چرخه‌های ۱۱ ساله دارد که در اواسط هر چرخه، خورشید به حداکثر میزان خود که همان ماکسیمم خورشیدی است می‌رسد، یعنی نقطه‌ای که این فعالیت از زمان پویایی حداقل آن (مینیمم خورشیدی) بسیار بیشتر است. مینیم خورشیدی دوره‌ای است در چرخه ۱۱ ساله، که خورشیدی کم‌ترین میزان فعالیت را دارد. برای مثال، در این مرحله، لکه‌ها و شراره‌های خورشیدی کاهش می‌یابند و در بیشتر مواقع تا چند روز ظاهر نمی‌شوند.

آخرین مینیمم خورشیدی در سال ۲۰۱۹ اتفاق افتاد، بنابراین ستاره منظومه شمسی ما جلوتر از برنامه پیش‌بینی شده است. به عبارتی دیگر، پویایی آن از مواقع دیگر که وارد این مرحله از چرخه فعالیت خود می‌شود به مراتب بیشتر است.

code