سفری به اعماق جهنم در جست وجوی اسرار مهم خورشیدی
به گزارش کارا پیام، ستاره همسایه ما، خورشید اسرار نهان زیادی دارد که یکی از عجیب ترین اسرار آن که سالها علامت سوالی در ذهن دانشمندان بوجود آورده بود اینست که چرا لایه های بیرونی جو خورشید یک میلیون درجه گرم تر از سطح آن است و یک کاوشگر خورشیدی برای یافتن پاسخ به اعماق خورشید سفر کرد. در اینجا نگاهی داریم به ماجرای پر فراز و نشیبی که دانشمندان برای یافتن جواب این پرسش دیرینه پیموده اند.
به گزارش کارا پیام به نقل از ایسنا، ما تا حالا بهترین رصدها از یک ستاره را از خورشید خودمان داشته ایم و هر روز نور آنرا می بینیم. برای قرن ها، دانشمندان لکه های تاریکی را که چهره درخشان خورشید را می پوشاندند، ردیابی کرده اند، در صورتیکه در دهه های اخیر، تلسکوپ ها در فضا و زمین پرتوهای خورشید را در طیف های مختلف طول موج های الکترومغناطیسی بررسی نموده اند. آزمایش ها همین طور جو خورشید را بررسی کرده، بادهای خورشیدی را دریافت کرده، نوترینوهای خورشیدی و ذرات پرانرژی را جمع آوری کرده و میدان مغناطیسی ستاره مان را ترسیم کرده اند. با اینحال هنوز مناطق قطبی را که برای یادگیری در مورد ساختار مغناطیسی درونی خورشید حائز اهمیت هستند رصد نکرده ایم.
به نقل از کوانتامگزین، با وجود تمام این بررسی ها، یک سوال مهم به طرز شرم آوری هنوز حل نشده باقی مانده است. در سطح خورشید، دما ۶۰۰۰ درجه سانتیگراد است. اما لایه های بیرونی اتمسفر آن که تاج نامیده می شود می تواند به دمای یک میلیون درجه داغ تر از سطح برسند و این گیج کننده است.
این غلاف از گاز سوزان را می توان در طول یک خورشید گرفتگی کامل مشاهده کرد، همانطور که در روز هشتم آوریل در آسمان بخش های از آمریکای شمالی رویت شد. اگر در راه گرفتگی کامل بوده باشید، توانسته اید تاج خورشید را بصورت هاله ای درخشان در اطراف سایه ی ماه ببینید.
امسال، آن هاله متفاوت از هاله ای بود که در آخرین کسوف آمریکای شمالی در سال ۲۰۱۷ ظاهر شد. نه فقط خورشید حالا فعال تر است، بلکه ما به ساختاری نگاه می نماییم که دانشمندانی که ستاره خانه خودرا مطالعه می کنند، شناخته اند. رصد خورشید ازراه دور به اندازه کافی خوب نبود به جهت اینکه بفهمیم چه چیزی موجب گرم شدن تاج می شود. برای حل این معما و دیگر معماها، ما به یک کاوشگر فضایی خورشیدی نیاز داشتیم.
این فضاپیما که کاوشگر خورشیدی پارکر ناسا نام دارد در سال ۲۰۱۸ پرتاب شد. حالا همانطور که به دور خورشید می چرخد، در داخل و خارج تاج خورشیدی فرو می رود و داده هایی را جمع آوری می کند که به ما نشان میدهد چگونه فعالیت مغناطیسی در مقیاس کوچک در جو خورشید موجب می شود تاج خورشیدی تقریباً به طرز غیر قابل تصوری داغ شود.
از سطح تا غلاف
برای شروع درک سوزان بودن تاج خورشید، باید میدان های مغناطیسی را در نظر بگیریم.
موتور مغناطیسی خورشید به نام دینام خورشیدی، حدود ۲۰۰ هزار کیلومتر زیر سطح خورشید قرار دارد. همانطور که این موتور می چرخد، فعالیت خورشیدی را هدایت می کند که در ضمن دوره های تقریباً ۱۱ ساله کاهش و بیشتر می شود. هنگامی که خورشید فعال تر است، شراره های خورشیدی، لکه ها و فوران های خورشیدی در شدت و فرکانس افزایش می یابند. هم اکنون نیز خورشید در دوره افزایش خود قرار دارد.
در سطح خورشید، میدان های مغناطیسی در مرزهای سلول های همرفتی انباشته می شوند و ظاهری شبیه به حباب هایی در ظرف روغن درحال جوش روی اجاق گاز به وجود می آید. سطح خورشیدی که دائما درحال جوشیدن است، آن میدان های مغناطیسی را در لبه سلول ها متمرکز و تقویت می کند. سپس آن میدان های تقویت شده، جت های گذرا و نانوشراره ها را هنگام تعامل با پلاسمای خورشیدی به فضا پرتاب می کنند.
میدان های مغناطیسی همین طور 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 پدیدار می شود. در بیشتر نواحی، خصوصاً در قسمت پایین تاج خورشیدی و نزدیک لکه های خورشیدی، این کمان های مغناطیسی «بسته» هستند و هر دو سر آنها به خورشید متصل است. این حلقه های بسته در اندازه های مختلفی وجود دارند. از کمان های کوچک گرفته تا کمان های شعله ور که در طول کسوف دیده می شوند.
در نواحی دیگر، چنین حلقه هایی باز می شوند. تاج سوزان خورشید منشأ باد خورشیدی مافوق صوت است و جریان هایی از ذرات حامله به وجود می آورد که حباب محافظ عظیمی را در اطراف منظومه شمسی به نام هلیوسفر، می سازند که بسیار فراتر از سیارات شناخته شده می رود. این ذرات میدان های مغناطیسی را گاهی اوقات تا اعماق فضا با خود حمل می کنند. هنگامی که این اتفاق می افتد، حلقه مغناطیسی به لبه هلیوسفر کشیده می شود و میدان مغناطیسی «باز» را تشکیل می دهد.
ما می دانستیم که این فرآیندهای مغناطیسی باید به صورتی با هم کار کنند تا تاج خورشیدی را گرم کنند اما این پروسه چگونه انجام می شود؟
در طول سال ها، دانشمندان توضیحات زیادی برای تاج فوق العاده داغ ارائه کردند. برخی این اتمسفر خورشیدی را به عنوان یک سیال در نظر گرفتند و انتقال گرما را در یک سیال توضیح دادند. برخی دیگر پیشنهاد کردند که امواج مغناطیسی که از سطح خورشید نشات می گیرند، دائما درحال تکان خوردن هستند و گرما را به درون جو می ریزند، یا این که در سطح ذرات، نوعی ناپایداری جنبشی در کار است.
در سال ۱۹۸۸، یوجین پارکر(Eugene Parker)، اخترفیزیکدان دانشگاه شیکاگو، استدلال کرد که همرفت در سطح خورشید می تواند میدان های مغناطیسی را که تا تاج امتداد یافته اند، درهم پپیچد و در نتیجه انرژی مغناطیسی را در جو خورشید ایجاد و ذخیره کند. او اظهار داشت که وقتی آن خطوط میدان به ناچار شکسته و باردیگر به هم وصل شدند، انرژی مغناطیسی ذخیره شده به جو خورشید منتقل می شود. در آنجا، انرژی اتمسفر را تا دمای بالا گرم می شود و شراره های نانو ایجاد می شوند.
پارکر همین طور مسئول فرضیه ای از سال ۱۹۵۸ بود که نشان می داد تاج فوق گرم منبع باد خورشیدی است. بااینکه در آن زمان به شکل گسترده مورد تمسخر قرار گرفت اما ایده او درست بود و تبدیل به اساسی برای حوزه هلیوفیزیک شد.
ایده پارکر منطقی بود، اما ما اطلاعات کافی برای تأیید یا رد هیچ یک از توضیحات، همچون توضیحات او، نداشتیم. روش هایی که ما در مورد خورشید مطالعه می کردیم، در حد این چالش نبود.
امیدی تازه
نقطه عطف در سال ۲۰۰۵ رخ داد، زمانی که صدها دانشمند خورشیدی در ویستلر، بریتیش کلمبیا با یکدیگر ملاقات کردند.
تا آن زمان، جامعه خورشیدی بیشتر بر روی رصد ازراه دور خورشید، توسط تلسکوپ های زمینی، موشک ها یا ماهواره هایی مانند سوهو SOHO متمرکز بود. سوهو ماموریتی است که توسط آژانس فضایی اروپا(ESA) پرتاب شده و هنوز در حال انجام می باشد.
از طرف دیگر، جامعه پژوهشگران باد خورشیدی مشغول جمع آوری و تحلیل و بررسی نمونه هایی از تاج گسترش یافته خورشید با بهره گیری از ماهواره هایی مانند کاوشگر پیشرفته ناسا بودند. هدف از این کنفرانس ادغام نتایج به دست آمده از این رصدخانه های جدید و بررسی این بود که آیا می توان معمای تاج داغ خورشید و نحوه سرعت گرفتن باد خورشیدی را درک کرد یا خیر.
در این مرحله، می دانستیم که مغناطیس خورشیدی به شکلی رفتار می کند که انتظارش را نداشته ایم. داده های سوهو نشان داده بود که در سطح جهان، میدان مغناطیسی خورشیدی بسیار متغیرتر از آن چیزی است که ما تصور می کردیم. و ذرات متشکل از باد خورشیدی، همانطور که در نزدیکی زمین اندازه گیری شد، دارای الگوهای ترکیبی عجیبی بودند که اگر باد مستقیما از سطح خورشید نشات می گرفت، همانطور که پیش بینی شده بود، این داده ها معنا نداشت. به نظر می رسید که نوعی فعالیت مغناطیسی در اتمسفر خورشیدی موجب تولید آن باد و گرمای تاج خورشیدی می شود، اما ما مدلی برای توضیح نحوه عملکرد آن نداشتیم.
بحث ها طولانی و فشرده بود، اما آنها پایه و اساس یک تصمیم کلیدی را ایجاد کردند: نیاز مطلق به انجام مشاهدات نزدیک تر از خورشید با مأموریتی که کاوشگر خورشیدی نامیده می شد. مدلی از آن فضاپیما که می توانست در مقابل سختی محیط نزدیک به خورشید مقاومت کند در جلوی اتاق جلسه قرار داشت و بعد از چهار دهه فکر کردن در مورد آن، قرار بود آنرا به واقعیت تبدیل نماییم. در سال ۲۰۱۷، ناسا این ماموریت به درخواست توماس زوبورشن به عنوان رییس علوم، به نام یوجین پارکر تغییر نام داد و الان این کاوشگر خورشیدی پارکر بود.
لمس خورشید
یوجین پارکر شاهد پرتاب کاوشگر خورشیدی پارکر از کیپ کاناورال در سال ۲۰۱۸ بر فراز موشک دلتا IV هوی به آسمان بود. بعد از پرواز، او از زوبورشن به خاطر افتخار قرار گرفتن نامش بر این کاوشگر تشکر کرد و در یک لحظه نادر اظهار داشت که فقط آرزو می کند تعدادی از آن همکارانی که ایده های وی را به سخره گرفته اند و این تقریباً به قیمت پایان کارش تمام شده هنوز زنده باشند تا این لحظه را ببینند.
این کاوشگر چندین گذر از کنار سیاره زهره انجام داد تا با بهره گیری از میدان مغناطیسی آن به خورشید نزدیک تر شود و در روز ۲۸ آوریل سال ۲۰۲۱ برای نخستین بار تاج خورشید را لمس کرد. حالا این نزدیکترین فضاپیما به ستاره ما و سریع ترین جسم تولید شده توسط انسان بود که تا حالا به فضا پرتاب شده است. در حقیقت، پارکر ماه گذشته برای هجدهمین بار از کنار خورشید با سرعتی عبور کرد که می توان با آن در عرض ۲۰ ثانیه از واشنگتن دی سی به لس آنجلس و در ۳۶ دقیقه از زمین به ماه رسید.
همانطور که انتظار میرفت، مشاهدات نزدیک به خورشید این کاوشگر برای درک ما از گرمایش تاج مهم بود. این مشاهدات، مشکل ما را با رمزگشایی اثرات مغناطیس بر باد خورشیدی بسیار نزدیک به آن حل کرد و به کلیدی برای یادگیری نحوه عملکرد تاج خورشید تبدیل شد.
از نزدیک زمین، باد خورشیدی مانند یک ماده سیال متلاطم بنظر می رسد که فقط در بزرگ ترین مقیاس ها به خورشید مربوط است. اما از نزدیک، ساختار آن بطور مستقیم ساختارهای روی سطح خورشید را منعکس می کند. پلاسمای خورشیدی نزدیک به خورشید بجای این که یک سیال نامنظم باشد، در جریان هایی که بیشتر با اندازه های سلول های همرفتی روی سطح خورشید مطابقت دارند، به سمت بیرون می چرخد.
در طول هر چرخش در مدار خورشید، این فضاپیما از میان آن جریان ها گذر می کرد و اثرانگشتی از فعالیت مغناطیسی پیدا می کرد که به منبعی برای گرمای تاج اشاره داشت. این اثرات ساختارهای S شکلی بودند که زمانی شکل می گیرند که حلقه های مغناطیسی بسته با حلقه های مغناطیسی باز برخورد می کنند و به آنها وصل می شوند. این رویداد به عنوان رویداد اتصال مجدد تبادلی شناخته می شود.
این رویدادهای اتصال مجدد، گرما تولید می کنند و مواد خورشیدی را به فضا می فرستند و بدین سبب تاج را گرم می کنند و ذرات را در باد خورشیدی شتاب می دهند.
بااینکه تعدادی از دانشمندان کاملا متقاعد نشده اند که این مسئله حل شده است، اما حالا این میدان نشان میدهد که توضیح پارکر در سال ۱۹۸۸ درست بوده است.
گرمایش تاج در نهایت به میدان های مغناطیسی در مقیاس های کوچک بستگی دارد. دانه های همرفتی روی سطح خورشید، میدان های مغناطیسی را در لبه های خود متمرکز می کنند و زنجیره ای از رویدادها را آزاد می کنند که بوسیله فعل و انفعالات مغناطیسی بعدی در اتمسفر، منجر به باد خورشیدی مافوق صوت و دمای میلیون درجه ای می شود.
اواخر امسال، کاوشگر خورشیدی پارکر رکورد خودرا خواهد شکست و حتی نزدیک تر به خورشید پرواز خواهدنمود. سفری دیگر به جهنم و بازگشت از آن، در جستجوی پاسخ های بیشتر برای اسرار مهم خورشید سوزان ما.
این مطلب را می پسندید؟
(1)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این مطلب