در جستجوی سرچشمه باد خورشیدی

از دیدگاه ما روی زمین، خورشید مانند یک گوی آرام و درخشان دیده می شود ولی در واقعیت سرشار از فعالیت است. فوران هایی که به نام شراره های خورشیدی و فوران های تاجی شناخته می شوند در جو داغ خورشید -تاج آن- رخ می دهند و نور و ذرات پرانرژی به فضا می گسیلند. تاج خورشید نیز به گونه ای پیوسته جریانی از ذرات باردار آزاد می کند که باد خورشیدی نام گرفته.

ولی این از آن گونه بادهایی نیست که بتوانید در آن بادبادک به پرواز در آورید.

این تصویر در ۱۵ ژوئن ۱۹۹۹ توسط رصدخانه ی خورشیدی و هورسپهری ناسا/اِسا (سوهو) گرفته شده و رگه هایی از پرتوی درخشان را نشان می دهد که نمایانگر مواد جریان یافته از خورشید به درون فضا هستند. خود خورشید زیر قرص سرخ رنگ مرکزی پنهان شده تا نور خیره کننده اش مانع دیدن مواد کم‌نورترِ پیرامونش نشود. دو فضاپیمای دیگر ناسا این مواد را در جاهایی نزدیک تر به زمین بررسی کردند تا چیزی که باعث این برون‌ریزی منظم -با نام باد خورشیدی- از خورشید به فضا می شود را بشناسند. تصویر بزرگ تر

حتی کُندترین باد خورشیدی هم می تواند سرعتی بیش از یک میلیون کیلومتر بر ساعت داشته باشد. و با آن که دانشمندان به چیزهای بسیاری درباره ی باد خورشیدی پی برده اند، هنوز سرچشمه ی آن برایشان یک راز مانده. اکنون گروهی از دانشمندان در مرکز پروازهای فضایی گودارد ناسا در گرین بلت مریلند با بهره از مشاهدات نوپرداخته‌ی نزدیک زمین، بررسی پرجزییاتی درباره ی بادهای کم سرعت خورشیدی انجام داده اند تا به سرچشمه ی آن ها در ۱۴۹میلیون کیلومتر دورتر، روی خورشید پی ببرند. این دانشمندان نشانه های گویایی در بادی که زمین را پشت سر گذاشت دیدند که جهت‌گیری آن نشان می داد از یک پدیده ی مغناطیسی به نام "بازپیوند مغناطیسی" سرچشمه گرفته بود. پژوهشنامه ای درباره ی این یافته ها در شماره ی ۲۲ آوریل نشریه ی جئوفیزیکال ریسرچ لترز منتشر شده.

دانستن سرچشمه ی باد خورشیدی کم‌سرعت (کُندباد) برای شناخت محیط فضای پیرامون زمین مهم است زیرا فضای نزدیک زمین بیشتر زمانش غرق در این باد است. درست همان گونه که شناخت سرچشمه ی جبهه های سرد و گرم هوا برای پیش بینی آب و هوای زمین اهمیت دارد، شناخت سرچشمه ی باد خورشید هم می تواند به آشنایی با هواشناسی فضای پیرامون زمین کمک کند؛ هوایی که گاهی می تواند ارتباطات رادیویی و جی‌پی‌اس را به هم بریزد و به آشفتگی در ترافیک هوایی و ناوبری دریایی بیانجامد.

بادهای خورشیدی کُند و تند

باد خورشیدی پرسرعت (تندباد) -چنان چه از نامش پیداست- می تواند سریع تر از باد کم‌سرعت و با سرعتی تا ۲.۷ میلیون کیلومتر بر ساعت بوَزَد، ولی قطعی ترین تفاوت میان این دو گونه باد همنهش (ترکیب) آن ها است. باد کم‌سرعت (کندباد) از چیزی که به نام پلاسما می شناسیم تشکیل شده، گاز گرماگرفته ای که به ذرات باردار تبدیل شده - بیش از همه پروتون ها و الکترون ها، با اندکی از عنصرهای سنگین تر مانند هلیوم و اکسیژن. چیزی که مایه ی تفاوت دو گونه باد است، مقدار عنصرهای سنگین و یون های آن ها، یا شمار الکترون ها در آنهاست.

نیکولین ویال که یک دانشمند خورشیدی در مرکز گودارد ناسا است می گوید: «همنهش و حالت بار کندبادهای خورشیدی بسیار با همنهش و حالت بار تندبادها تفاوت دارد. این تفاوت نشان می دهد که هر یک از آن ها از جاهای متفاوتی روی خورشید سرچشمه می گیرند.»

دانشمندان با بررسی همنهش تندباد خورشیدی دریافته اند که این باد از درون حفره های تاجی آغاز می شود -مناطقی از جَو یا همان تاج خورشید که در آن ها تاج تیره تر و خنک تر است. ولی کندباد خورشیدی مربوط به مناطق داغ تر نزدیک به استوای خورشید است، هر چند این که کندباد چگونه آزاد می شود هنوز روشن نیست.

ولی دستاوردهای این پژوهش تازه شاید بتواند پاسخی به ما بدهد.

چگونگی رخ دادن بازپیوند مغناطیسی که در اثر برخورد دو خط میدان مغناطیسی که جهت مخالف هم دارند.

در جستجوی سرچشمه: بازپیوند مغناطیسی

بازپیوند مغناطیسی (magnetic reconnection) می تواند در هر جایی که میدان های مغناطیسی نیرومند دارد رخ بدهد، از جمله در محیط مغناطیسی خورشید. تصور کنید یکی از خطوط میدان مغناطیسی رو به یک جهت است و یکی دیگر که نزدیک به آنست جهتی مخالف دارد. این دو با رسیدن به هم، یکدیگر را قطع کرده و آرایشی دوباره پیدا می کنند به گونه ای که هر کدام با یک حرکت U-شکل و در جهتی عمودی از دیگری جدا می شود [تصویر gif بالارا ببینید]. این خطوط در این فرآیند به گونه ای انفجاری انرژی زیادی آزاد می کنند -مانند نوار کشی سفتی که کشیده و رها می شود- و باعث پرتاب شدن توده ای از پلاسما به بیرون می گردند. این توده ی پلاسما همان کندباد خورشیدی است.

این دانشمندان با بررسی ساختارهای دوره ای ۹۰ دقیقه ای در کندباد، ساختارهای مغناطیسی‌ای را شناسایی کردند که نشانه های گویای بازپیوند مغناطیسی هستند. آن ها همچنین پی بردند که هر بسته ی ۹۰ دقیقه ای از کندباد خورشیدی دارای تغییرپذیری تکرارشونده ی فریبنده‌ایست که تنها می تواند پسماندهای بازپیوند مغناطیسی روی خود خورشید باشد.

ویال می گوید: «ما دریافتیم که چگالی و حالت بار همنهش کندباد خورشیدی هر ۹۰ دقیقه یکبار کاهش و افزایش پیدا می کند، و از چیزی که به طور معمول کندباد شناخته شده به چیزی که به عنوان تندباد شناخته شده تغییر می کند. ولی این تنها می تواند توسط بازپیوند مغناطیسی پدید بیاید که در مناطق سرچشمه ی هر دو گونه باد رخ می دهد.»

پژوهشگران نخستین بار ساختارهای دارای چگالی دوره ای را حدود ۱۵ سال پیش، با بهره از فضاپیمای Wind کشف کردند؛ این ماهواره در سال ۱۹۹۴ برای رصد محیط فضای پیرامون زمین به فضا پرتاب شده بود. دانشمندان در آن زمان، نوسان هایی را در میدان های مغناطیسی نزدیک زمین که به نام مغناطکره شناخته می شود مشاهده کرده بودند.

لری کپکو، یک دانشمند مغناطکره مرکز گودارد ناسا می گوید: «گمان بر این بوده که با برخورد باد خورشیدی به مغناطکره زمین، این سپر مغناطیسی در اثر افزایش ناگهانی فشار مانند ناقوسی زنگ می زند.»«ما با بررسی نزدیک تری که انجام دادیم به وجود این تناوب ها در باد خورشیدی پی بردیم. رفتار مغناطکره بیش از یک ناقوس، مانند یک طبل بود.»

ولی فضاپیمای Wind تنها چگالی و سرعت کندباد خورشیدی را به دانشمندان داد، و نتوانست سرچشمه ی آن را پیدا کند. دانشمندان برای یافتن سرچشمه نیازمند داده های همنشتی (ترکیبی) بودند.

افزون بر این، برای حل این مساله باید دانشمندان از رشته های گوناگون با یکدیگر همکاری می کردند تا به توضیحی برای کل این سامانه برسند. کپکو مغناطکره را بررسی می کند و ویال هم خورشید را. این گروه با مشاهده ی چیزی که کنار زمین رخ می دهد و چیزی که در خورشید روی می دهد، توانستند سرچشمه ی کندباد خورشیدی را بیابند.

دانشمندان به سراغ کاوشگر همنهشی پیشرفته ی ناسا (ACE) رفتند. ACE در سال ۱۹۹۷ برای بررسی همنهش چندین گونه ماده ی فضایی از جمله باد خورشیدی و پرتوهای کیهانی راهی فضا شده بود. این کاوشگر می تواند ذرات خورشیدی را ببیند و به دانشمندان در تعیین همنهش عنصری و سرعت های باد خورشیدی کمک کند.

کپکو می گوید: «ما بدون داده های ACE نمی توانستیم این پژوهش را انجام دهیم. هیچ دستگاه دیگری نیست که این اطلاعات را با توان تفکیک زمانیِ (وضوح زمانیِ) مورد نیاز به ما بدهد.»

در این پویانمایی GIF،یک برون‌ریزی پیوسته از مواد خورشیدی که از آن به درون فضا جریان دارد نشان داده شده. این باد خورشیدی همیشه از روی زمین می گذرد. تصویر gif بزرگتر- تصویر ثابت

این دانشمندان به بررسی داده های همنهشتی ادامه می دهند تا برای پی بردن به این که آیا سرچشمه ی همه ی کندبادهای خورشیدی بازپیوند مغناطیسی است یا نه، نمونه های دیگری از ساختارهایی با چگالی دوره ای را هم بیابند. نمونه‌پژوهی آن ها به روشنی نشان می دهد که این رویدادِ ویژه دستاورد بازپیوند مغناطیسی بوده، ولی می خواهند نمونه های دیگری را هم پیدا کنند تا نشان دهند که [بازپیوند مغناطیسی] رایج ترین سازوکار برای فراهم آوردن انرژی کندباد خورشیدی است.

از آنجایی که رویدادهای بازپیوند مغناطیسی در همه جای کیهان رخ می دهند، بنابراین با گردآوری داده های بیشتر درباره ی بازپیوند مغناطیسی و اثرهای آن در نزدیکی خورشید، بدنه ی دانش درباره ی این رویداد به طور کلی افزایش خواهد یافت.

ویال می گوید: «اگر ما بتوانیم این پدیده را همین جا بشناسیم، جایی که در عمل می توانیم میدان مغناطیسی را بسنجیم، بهتر می توانیم به چگونگی رخ دادن این فرآیندهای بنیادین فیزیکی در دیگر جاهای کیهان هم پی ببریم.»

--------------------------------------------

کانال تلگرام یک ستاره در هفت آسمان:

http://telegram.me/onestar_in_sevenskies

واژه نامه:

sun - solar flare - coronal mass ejection - corona - charged particle - solar wind - NASA - Goddard Space Flight Center - Earth - magnetic reconnection - Geophysical Research Letters - GPS - proton - electron - element - helium - oxygen - Nicholeen Viall - coronal hole - equator - magnetic field - magnetic field line - plasma - slow solar wind - Wind spacecraft - oscillation - magnetosphere - Larry Kepko - drum - bell - density - Advanced Composition Explorer - ACE - cosmic ray - case study - time resolution - Solar and Heliospheric Observatory - outflow -

منبع: nasa

برگردان: یک ستاره در هفت آسمان