کشف یکی از رازهای ماندگار خورشید

گروهی از دانشمندان موسسه تحقیقاتی ماکس پلانک برای تحقیقات منظومه شمسی (MPS) در آلمان، پیشرفت قابل توجهی در درک یکی از دردناک ترین اسرار خورشید داشته اند: ستاره ما چگونه ذرات تشکیل دهنده خورشید را به حرکت در می آورد. باد خورشیدی به فضا؟

این اطلاعات یک چشم انداز متمایز از یک منطقه حیاتی از تاج خورشیدی را ارائه می دهد که قبلاً دسترسی به آن برای محققان دشوار بود. در آنجا، تیم برای اولین بار، شبکه‌ای پویا از ساختارهای پلاسما را ثبت کرده است که شبیه یک شبکه طولانی و در هم تنیده است. هنگامی که داده‌های کاوشگرهای فضایی مختلف و شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای جامع با هم ترکیب می‌شوند، یک تصویر متمایز نشان داده می‌شود: انرژی مغناطیسی تخلیه می‌شود و ذرات به فضا می‌گریزند که در آن ساختارهای تاجی دراز با هم تعامل دارند.

ماهواره‌های زیست‌محیطی عملیاتی زمین‌ایستا (GOES) اداره ملی اقیانوسی و جوی ایالات متحده (NOAA) به طور سنتی به چیزهایی غیر از خورشید.

یک کمپین رصدی اکتشافی برای تصویربرداری از تاج خورشیدی گسترده در آگوست و سپتامبر 2018 انجام شد. برای بیش از یک ماه، تصویرگر فرابنفش خورشیدی GOES (SUVI) به طور معمول مستقیماً به خورشید نگاه می کرد و از دو طرف آن عکس می گرفت.

دکتر دان سیتون از SwRI، که به عنوان دانشمند ارشد SUVI در طول کمپین مشاهده خدمت کرد، گفت: ما فرصت نادری را داشتیم که از یک ابزار به شیوه ای غیرعادی برای مشاهده منطقه ای که کاوش نشده است استفاده کنیم. ما حتی نمی‌دانستیم که کار خواهد کرد یا نه، اما اگر این کار را می‌کرد، به اکتشافات مهمی دست پیدا می‌کردیم.»

تاج میانی، لایه ای از اتمسفر خورشیدی در ارتفاع 350 هزار کیلومتری بالاتر از سطح مرئی سطح خورشید، می توان برای اولین بار با ادغام عکس ها از زوایای دید مختلف در نور ماوراء بنفش عکس گرفت که به طور قابل توجهی میدان دید دستگاه را افزایش داد.

دکتر پرادیپ چیتا از MPS، نویسنده اصلی این مطالعه جدید، گفت: «در تاج وسط، تحقیقات خورشیدی چیزی شبیه به یک نقطه کور داشته است. داده های GOES اکنون بهبود قابل توجهی را ارائه می دهد. در تاج میانی، محققان به فرآیندهایی مشکوک هستند که باد خورشیدی را هدایت و تعدیل می‌کنند.

یکی از گسترده ترین جنبه های ستاره ما باد خورشیدی است. هلیوسفر، حبابی از پلاسمای کمیاب که حوزه نفوذ خورشید را نشان می‌دهد، توسط جریان ذرات باردار ایجاد می‌شود که خورشید به فضا پرتاب می‌کند و تا مرز منظومه شمسی ما حرکت می‌کند. باد خورشیدی با توجه به سرعت خود به اجزای سریع و کند تقسیم می شود. فضای داخلی حفره‌های تاجی، مناطقی که در تشعشعات فرابنفش تاجی تیره به نظر می‌رسند، جایی است که به اصطلاح باد خورشیدی سریع که ممکن است با سرعت بیش از 500 کیلومتر در ثانیه حرکت کند، منشا می‌گیرد. با این حال، اطلاعات کمتری در مورد منشأ بادهای خورشیدی کند وجود دارد. با این حال، حتی ذرات بادهای خورشیدی کند با سرعت مافوق صوت 300 تا 500 کیلومتر بر ثانیه در فضا حرکت می کنند.

پلاسمای داغ تاج بیش از یک میلیون درجه باید از خورشید فرار کند تا باد خورشیدی کند ایجاد شود. چه مکانیزمی در اینجا کار می کند؟ علاوه بر این، باد خورشیدی آهسته همگن نیست، اما حداقل تا حدی، ساختاری پرتو مانند از جریان‌های جریانی به وضوح قابل تشخیص را نشان می‌دهد. از کجا و چگونه سرچشمه می گیرند؟ اینها سوالاتی هستند که در مطالعه جدید به آنها پرداخته شده است.

در داده‌های GOES که توجه محققان را به خود جلب کرد، منطقه‌ای نزدیک به خط استوا دیده می‌شود: دو حفره تاجی، جایی که باد خورشیدی بدون مانع از خورشید دور می‌شود، نزدیک به منطقه‌ای با میدان مغناطیسی قوی. این فعل و انفعالات سیستمی به عنوان منشاء بالقوه بادهای خورشیدی کند در نظر گرفته می شود.

تاج میانی بالای این ناحیه با ساختارهای پلاسمایی درازی که به صورت شعاعی به سمت بیرون در داده های GOES قرار دارند، به تصویر کشیده شده است. این پدیده که برای اولین بار به طور مستقیم مشاهده شده است، توسط تیم نویسنده به عنوان یک وب تاجی شناخته می شود. ساختارهای وب به طور مکرر در تعامل و سازماندهی مجدد هستند.

محققان مدت‌هاست که پلاسمای خورشیدی تاج بیرونی را می‌دانند که معماری مشابهی را نشان می‌دهد. برای دهه‌ها، تاج‌نگار LASCO (تاج‌نگار زاویه بزرگ و طیف‌سنجی) روی فضاپیمای SOHO، که سال گذشته بیست و پنجمین سالگرد خود را جشن گرفت، تصاویری از این منطقه در نور مرئی ارائه می‌دهد.

دانشمندان تصور می کنند باد خورشیدی آهسته ای که سفر خود را به فضا آغاز می کند، ساختاری شبیه به جریان جت دارد. همانطور که مطالعه اخیر به طرز چشمگیری نشان داده است، این ساختار قبلاً در وسط غالب است تاج.

محققان همچنین اطلاعات سایر کاوشگرهای فضایی را برای به دست آوردن درک عمیق‌تری از این پدیده بررسی کردند: یک تصویر همزمان از سطح خورشید توسط رصدخانه دینامیک خورشیدی ناسا (SDO) ارائه شد، در حالی که یک نمای جانبی توسط فضاپیمای STEREO-A ارائه شد. از سال 2006 قبل از زمین به دور خورشید می چرخد.

دکتر کوپر داونز از Predictive Science Inc. که شبیه سازی های کامپیوتری را انجام داد، گفت: با استفاده از تکنیک‌های محاسباتی مدرن که مشاهدات سنجش از دور خورشید را در بر می‌گیرد، محققان می‌توانند از ابر رایانه‌ها برای ساخت مدل‌های سه بعدی واقعی از میدان مغناطیسی گریزان در تاج خورشیدی استفاده کنند. در این مطالعه، تیم از یک مدل مغناطیسی هیدرودینامیکی پیشرفته (MHD) برای شبیه‌سازی میدان مغناطیسی تاج و حالت پلاسمایی برای این دوره استفاده کرد.

دکتر کوپر داونز از Predictive Science Inc. که شبیه سازی های کامپیوتری را انجام داد، گفت: این به ما کمک کرد تا دینامیک شگفت‌انگیزی را که در تاج میانی مشاهده کردیم به نظریه‌های رایج شکل‌گیری باد خورشیدی مرتبط کنیم.»

چیتا گفت:, همانطور که محاسبات نشان می دهد، ساختارهای شبکه تاجی از خطوط میدان مغناطیسی پیروی می کنند. تجزیه و تحلیل ما نشان می دهد که معماری میدان مغناطیسی در تاج میانی بر روی باد کند خورشیدی نقش بسته است و نقش مهمی در شتاب بخشیدن به ذرات به فضا دارد. بر اساس نتایج جدید این تیم، پلاسمای داغ خورشیدی در تاج میانی در امتداد خطوط میدان مغناطیسی باز شبکه تاج جریان دارد. در جایی که خطوط میدان متقاطع می شوند و برهم کنش می کنند، انرژی آزاد می شود.

«خیلی‌ها می‌توان نشان داد که محققان به یک پدیده اساسی رسیده‌اند. در طول دوره‌های فعالیت خورشیدی بالا، سوراخ‌های تاجی اغلب در نزدیکی استوا در مجاورت مناطق با قدرت میدان مغناطیسی بالا رخ می‌دهند. بنابراین بعید است که شبکه کرونایی که مشاهده کردیم یک مورد مجزا باشد.»

این تیم امیدوار است که بینش های بیشتر و دقیق تری از ماموریت های خورشیدی آینده به دست آورد. برخی از آنها، مانند ماموریت پروبا-3 آژانس فضایی اروپا که برای سال 2024 برنامه ریزی شده است، مجهز به ابزارهایی است که کرونای میانی را هدف قرار می دهد. MPS در پردازش و تجزیه و تحلیل داده های این ماموریت مشارکت دارد. همراه با داده‌های رصدی از کاوشگرهای فعال فعلی مانند کاوشگر خورشیدی پارکر ناسا و مدارگرد خورشیدی ESA، که خط زمین-خورشید را ترک می‌کنند، درک بهتر ساختار سه‌بعدی شبکه تاجی را ممکن می‌سازد.

مرجع مجله:

1. LP Chitta، DB Seaton، C. Downs، CE DeForest، AK Higginson. مشاهدات مستقیم یک شبکه پیچیده تاجی که بادهای خورشیدی بسیار ساختار یافته را هدایت می کند. نجوم طبیعت, 24 نوامبر 2022. DOI: 10.1038/s41550-022-01834-5