دانشمندان برای نخستین‌بار مشاهده کردند که یک شراره‌ی خورشیدی چگونه از جرقه‌های بسیار کوچک مغناطیسی آغاز می‌شود و به‌تدریج به یک بهمن عظیم و خشونت‌بار از پلاسما بر سطح خورشید تبدیل می‌شود.

به گزارش scitechdaily، مشابه بهمن‌های برفی که با یک جابه‌جایی کوچک شروع شده و سپس به‌سرعت گسترش می‌یابند مشاهدات جدید نشان می‌دهد شراره‌های خورشیدی نیز با اختلالات ضعیف مغناطیسی آغاز می‌شوند که به‌سرعت شدت می‌گیرند. دانشمندان با استفاده از فضاپیمای مدارگرد خورشیدی (Solar Orbiter) متعلق به آژانس فضایی اروپا (ESA) دریافتند این آشفتگی‌های اولیه می‌توانند به فوران‌های بسیار قدرتمند منجر شوند. در جریان این فرایند توده‌های درخشان پلاسما با دمای بسیار بالا در جو خورشید ظاهر می‌شوند و مانند باران به سمت لایه‌های پایین‌تر سقوط می‌کنند؛ بارشی که حتی پس از فروکش کردن خود شراره نیز ادامه می‌یابد.

این کشف حاصل یکی از دقیق‌ترین مشاهدات انجام‌شده از یک شراره‌ی خورشیدی بزرگ است. این رویداد در جریان نزدیک‌ترین عبور مدارگرد خورشیدی از خورشید در تاریخ ۳۰ سپتامبر ۲۰۲۴ ثبت شد و نتایج آن در ۲۱ ژانویه در مجله‌ی علمی Astronomy & Astrophysics منتشر شده است.

شراره‌های خورشیدی چگونه شکل می‌گیرند؟

شراره‌های خورشیدی انفجار‌هایی عظیم هستند که مقادیر بسیار زیادی انرژی از خورشید آزاد می‌کنند. این پدیده زمانی رخ می‌دهد که انرژی ذخیره‌شده در میدان‌های مغناطیسی پیچ‌خورده و درهم‌تنیده به‌طور ناگهانی از طریق فرایندی به نام بازپیوند مغناطیسی آزاد می‌شود. در این فرایند خطوط میدان مغناطیسی که در جهت‌های مخالف قرار دارند در مدت چند دقیقه شکسته شده و دوباره به هم متصل می‌شوند.

در هنگام بازپیوند این خطوط می‌توانند پلاسما‌ی اطراف را به دما‌هایی در حد میلیون‌ها درجه سانتی‌گراد برسانند و ذرات پرانرژی را با سرعت‌های بسیار بالا از ناحیه‌ی بازپیوند شتاب دهند. این آزادسازی ناگهانی انرژی جرقه‌ی آغاز یک شراره‌ی خورشیدی است.

قوی‌ترین شراره‌ها می‌توانند زنجیره‌ای از رویداد‌ها را رقم بزنند که حتی به زمین نیز می‌رسد و گاه باعث توفان‌های ژئومغناطیسی و اختلال در ارتباطات رادیویی می‌شود. به همین دلیل درک چگونگی آغاز و تکامل شراره‌های خورشیدی اهمیت زیادی دارد.

راز قدیمی که شفاف‌تر شد

تا پیش از این دانشمندان به‌طور کامل نمی‌دانستند چنین حجم عظیمی از انرژی چگونه می‌تواند در زمانی بسیار کوتاه آزاد شود. توالی دقیق رویداد‌هایی که به شکل‌گیری شراره منجر می‌شود همچنان مبهم بود.

این تصویر اکنون به لطف مجموعه‌ای بی‌سابقه از مشاهدات چهار ابزار علمی مدارگرد خورشیدی روشن‌تر شده است. ترکیب داده‌های این ابزار‌ها کامل‌ترین نمای ثبت‌شده تاکنون از یک شراره‌ی خورشیدی را ارائه می‌دهد.

تصویرگر فرابنفش شدید مدارگرد خورشیدی (EUI) تصاویر بسیار باکیفیتی از جو بیرونی خورشید موسوم به تاج خورشیدی ثبت کرد و ساختار‌هایی به پهنای تنها چند صد کیلومتر را با فاصله‌ی زمانی هر دو ثانیه رصد کرد.

 هم‌زمان سه ابزار دیگر شامل SPICE، STIX و PHI لایه‌ها و بازه‌های دمایی مختلفی از تاج خورشیدی تا سطح مرئی خورشید (فتوسفر) را بررسی کردند. این داده‌ها به دانشمندان اجازه داد روند شکل‌گیری شراره را در بازه‌ای حدود ۴۰ دقیقه پیش از اوج آن مشاهده کنند.

پرادیپ چیتا، پژوهشگر موسسه‌ی ماکس پلانک برای پژوهش‌های منظومه‌ی شمسی در آلمان و نویسنده‌ی اصلی مقاله می‌گوید: ما واقعاً خوش‌شانس بودیم که توانستیم رویداد‌های پیش‌درآمد این شراره‌ی بزرگ را با چنین جزئیات زیبایی ببینیم. چنین مشاهدات دقیق و پر‌تکراری همیشه ممکن نیست، چون پنجره‌های رصدی محدود هستند و این داده‌ها فضای زیادی از حافظه‌ی فضاپیما را اشغال می‌کنند. ما دقیقاً در زمان و مکان مناسب قرار داشتیم.

بهمن مغناطیسی در حال وقوع

زمانی که ابزار EUI در ساعت ۲۳:۰۶ به وقت جهانی، حدود ۴۰ دقیقه پیش از رسیدن شراره به اوج خود، شروع به رصد این ناحیه کرد دانشمندان یک ساختار تیره و قوسی‌شکل از میدان‌های مغناطیسی پیچ‌خورده و پلاسما مشاهده کردند. این ساختار به الگویی صلیبی‌شکل از خطوط میدان مغناطیسی متصل بود که به‌آرامی روشن‌تر می‌شد.

بررسی دقیق‌تر نشان داد که در تقریبا هر تصویر یعنی هر دو ثانیه یا حتی کمتر رشته‌های مغناطیسی جدیدی شکل می‌گیرند. هر رشته به‌طور مغناطیسی محصور باقی می‌ماند و به‌تدریج پیچ می‌خورد شبیه طناب‌هایی مارپیچ. با افزایش تعداد این رشته‌ها ناحیه به‌تدریج ناپایدار شد. مانند بهمنی که شتاب می‌گیرد، ساختار‌های مغناطیسی پیچ‌خورده شروع به شکستن و بازپیوند کردند. این روند باعث ایجاد زنجیره‌ای از اختلالات پی‌درپی شد که هر کدام انرژی بیشتری آزاد می‌کردند و در تصاویر به‌صورت درخشش‌های ناگهانی و رو به افزایش دیده می‌شدند.
در ساعت ۲۳:۲۹ یک افزایش روشنایی بسیار شدید ثبت شد. اندکی بعد رشته‌ی تیره از یک سمت جدا شد، به فضا پرتاب گردید و با سرعتی بالا باز شد. در امتداد این رشته درخشش‌های ناشی از بازپیوند مغناطیسی با جزئیاتی خیره‌کننده دیده شد و در نهایت، شراره‌ی اصلی حدود ساعت ۲۳:۴۷ فوران کرد.

چیتا می‌گوید: این دقایق پیش از شراره بسیار حیاتی هستند و مدارگرد خورشیدی به ما اجازه داد دقیقا به قلب این فرایند بهمنی نگاه کنیم. ما شگفت‌زده شدیم که چگونه یک شراره‌ی بزرگ توسط مجموعه‌ای از رویداد‌های کوچک بازپیوند مغناطیسی هدایت می‌شود که به‌سرعت در فضا و زمان گسترش می‌یابند.

شراره‌ی خورشیدی به‌مثابه یک واکنش زنجیره‌ای

پیش‌تر دانشمندان مدل‌های بهمنی را برای توضیح رفتار جمعی صد‌ها هزار شراره در خورشید و ستارگان دیگر مطرح کرده بودند، اما مشخص نبود که آیا یک شراره‌ی بزرگ منفرد نیز می‌تواند از همین الگو پیروی کند یا نه.
این مشاهدات نشان می‌دهد که پاسخ مثبت است. به‌جای آنکه یک شراره‌ی عظیم به‌صورت یک انفجار واحد شکل بگیرد می‌تواند حاصل آبشاری از رویداد‌های بازپیوند مغناطیسیِ درهم‌تنیده باشد که در کنار هم انرژی بسیار زیادی آزاد می‌کنند.

بارش توده‌های پلاسما

برای نخستین‌بار پژوهشگران توانستند با وضوح بسیار بالا بررسی کنند که این توالی سریع بازپیوند‌ها چگونه انرژی را به لایه‌های بیرونی جو خورشید منتقل می‌کند. این امر به لطف اندازه‌گیری‌های هم‌زمان ابزار‌های SPICE و STIX ممکن شد.

تابش پرانرژی پرتو ایکس اهمیت ویژه‌ای داشت، زیرا نشان می‌دهد ذرات شتاب‌گرفته کجا انرژی خود را آزاد می‌کنند. از آنجا که این ذرات می‌توانند وارد فضا شوند و برای ماهواره‌ها، فضانوردان و فناوری‌های زمینی خطر ایجاد کنند، درک این فرایند برای پیش‌بینی وضعیت آب‌وهوای فضایی ضروری است.

در جریان شراره‌ی ۳۰ سپتامبر تابش‌هایی از فرابنفش تا پرتو ایکس از پیش در حال افزایش تدریجی بودند. با تشدید شراره، انتشار پرتو ایکس به‌طور چشمگیری افزایش یافت و ذراتی با سرعتی معادل ۴۰ تا ۵۰ درصد سرعت نور یعنی حدود ۴۳۱ تا ۵۴۰ میلیون کیلومتر در ساعت شتاب گرفتند. این مشاهدات نشان داد که انرژی مستقیما از میدان مغناطیسی به پلاسما منتقل می‌شود.

چیتا می‌گوید: ما ساختار‌هایی نواری‌شکل را دیدیم که با سرعتی بسیار زیاد در جو خورشید به سمت پایین حرکت می‌کردند حتی پیش از آغاز مرحله‌ی اصلی شراره. این جریان‌های موسوم به “باران توده‌های پلاسما” نشانه‌ی انتقال انرژی هستند که با پیشرفت شراره قوی‌تر می‌شوند. حتی پس از فروکش کردن شراره نیز این بارش برای مدتی ادامه دارد. این نخستین‌بار است که چنین پدیده‌ای را با این سطح از وضوح مکانی و زمانی در تاج خورشیدی مشاهده می‌کنیم.

خنک‌شدن و پیامد‌های پس از شراره

پس از شدیدترین مرحله‌ی شراره، تصاویر EUI نشان دادند که ساختار مغناطیسی صلیبی‌شکل اولیه در حال آرام‌شدن است. هم‌زمان ابزار‌های STIX و SPICE کاهش دمای پلاسما و افت انتشار ذرات را تا رسیدن به سطح‌های عادی ثبت کردند. ابزار PHI نیز اثرات این شراره را بر سطح مرئی خورشید آشکار کرد و در نهایت تصویری سه‌بعدی از این رویداد کامل شد.

چیتا می‌گوید: ما انتظار نداشتیم که فرایند بهمنی بتواند ذراتی با چنین انرژی بالایی تولید کند. هنوز نکات زیادی برای بررسی وجود دارد و برای درک دقیق‌تر به تصاویر پرتو ایکس با وضوح حتی بالاتر از مأموریت‌های آینده نیاز خواهیم داشت.

میهو ژانویه دانشمند همکار پروژه‌ی مدارگرد خورشیدی در آژانس فضایی اروپا می‌گوید: این یکی از هیجان‌انگیزترین دستاورد‌های مدارگرد خورشیدی تاکنون است. این مشاهدات موتور مرکزی شراره‌ها را آشکار می‌کند و نقش کلیدی سازوکار بهمنیِ آزادسازی انرژی مغناطیسی را برجسته می‌سازد. پرسش جالب این است که آیا این سازوکار در همه‌ی شراره‌ها و حتی در ستارگان دیگر نیز رخ می‌دهد یا خیر.

دیوید پانتین از دانشگاه نیوکاسل استرالیا و از نویسندگان این مقاله نیز می‌گوید: این مشاهدات شگفت‌انگیز که تقریبا لحظه‌به‌لحظه ثبت شده‌اند به ما نشان دادند چگونه مجموعه‌ای از رویداد‌های کوچک می‌تواند به فوران‌های عظیم انرژی منجر شود.

او می‌افزاید: با مقایسه‌ی تصاویر EUI و داده‌های میدان مغناطیسی، توانستیم زنجیره‌ی رویداد‌هایی را که به شراره منتهی شد تفکیک کنیم. آنچه مشاهده کردیم نظریه‌های موجود درباره‌ی آزادسازی انرژی در شراره‌ها را به چالش می‌کشد و در کنار داده‌های آینده، به اصلاح این نظریه‌ها و درک عمیق‌تر ما کمک خواهد کرد.

انتهای پیام/