قدیمی‌ترین راز خورشید کشف شد

گروهی از دانشمندان موسسه تحقیقاتی ماکس پلانک برای تحقیقات منظومه شمسی (MPS) در آلمان، پیشرفت قابل توجهی در درک یکی از سخت‌ترین اسرار خورشید داشته‌اند و آن این است که ستاره ما چگونه ذرات تشکیل دهنده باد خورشیدی را به سوی فضا هدایت می‌کند؟

این اطلاعات یک چشم انداز متمایز از یک منطقه حیاتی از تاج خورشیدی را که قبلا دسترسی به آن برای محققان دشوار بود، ارائه می‌دهد. در این مطالعه محققان برای اولین بار، شبکه‌ای پویا از ساختار‌های پلاسما را ثبت کرده‌اند 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 و آن این است که انرژی مغناطیسی تخلیه می‌شود و ذرات به فضا که در آن ساختار‌های تاجی بلند با هم تعامل دارند، می‌گریزند.

ماهواره عملیاتی زیست‌محیطی زمین‌ایستا (GOES) اداره ملی اقیانوسی و جوی آمریکا  به طور سنتی به چیز‌هایی غیر از خورشید توجه می‌کنند. سامانه ماهواره عملیاتی زیست‌محیطی زمین‌ایستا که به اختصار گوئس (GOES) نامیده می‌شود، مجموعه‌ای از ماهواره‌های پیشرفته هواشناسی است که توسط سرویس ملی ماهواره، داده و اطلاعات زیست‌محیطی آمریکا  مدیریت‌ می‌شود و به پیش‌بینی وضع هوا، ردیابی و پایش توفان‌های بزرگ و پژوهش‌های هواشناسی می‌پردازد.

یک کمپین رصدی اکتشافی برای تصویربرداری از تاج خورشیدی گسترده در ماه اوت و سپتامبر ۲۰۱۸ انجام شد. برای بیش از یک ماه، تصویرگر فرابنفش خورشیدی ماهواره عملیاتی زیست‌محیطی زمین‌ایستا (SUVI) به طور معمول مستقیما به خورشید نگاه کرد و از دو طرف آن عکس گرفت.

دکتر "دن سیتون" (Dan Seaton) محقق این مطالعه گفت: ما فرصت نادری داشتیم که از یک ابزار به روشی غیرعادی برای مشاهده منطقه‌ای که کاوش نشده است استفاده کنیم. ما حتی نمی‌دانستیم که این ابزار کار خواهد کرد یا نه، اما اگر این ابزار کار می‌کرد، به اکتشافات مهمی دست پیدا می‌کردیم.

تاج میانی، لایه‌ای از اتمسفر خورشیدی است که در ارتفاع ۳۵۰ هزار کیلومتری از سطح مرئی خورشید قرار دارد و می‌تواند برای اولین بار در نور فرابنفش با ادغام تصاویر از زوایای دید مختلف عکسبرداری شود، که این امر به طور قابل توجهی میدان دید دستگاه را افزایش داد.

دکتر "پرادیپ چیتا" (Pradeep Chitta) نویسنده اصلی مطالعه جدید گفت: در تاج میانی، تحقیقات درباره خورشید چیزی شبیه به یک نقطه کور بوده است. داده‌های ماهواره عملیاتی زیست‌محیطی زمین‌ایستا اکنون بهبود قابل‌توجهی یافته است. در تاج میانی، محققان به فرآیند‌هایی مشکوک هستند که فرایند درک باد خورشیدی را تعدیل می‌کنند.

یکی از گسترده‌ترین جنبه‌های ستاره ما باد خورشیدی است. هلیوسفر، حباب 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 می‌شود. فضای داخلی حفره‌های تاجی (مناطقی که در تشعشعات فرابنفش تاجی تیره به نظر می‌رسند) جایی است که باد خورشیدی سریع که ممکن است با سرعت بیش از ۵۰۰ کیلومتر در ثانیه حرکت کند، نشات می‌گیرد. با این حال، در مورد باد‌های خورشیدی کند کمتر اطلاعاتی در دسترس است. با این حال، حتی ذرات باد‌های خورشیدی آهسته با سرعت مافوق صوت ۳۰۰ تا ۵۰۰ کیلومتر بر ثانیه در فضا حرکت می‌کنند.

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

در داده‌های ماهواره عملیاتی زیست‌محیطی زمین‌ایستا که توجه محققان را به خود جلب کرد، منطقه‌ای نزدیک خط استوا دیده می‌شود. دو حفره تاجی، جایی که باد خورشیدی بدون مانع از خورشید دور می‌شود و نزدیک به ناحیه‌ای با میدان مغناطیسی قوی قرار دارد. این فعل و انفعالات سیستمی به عنوان منشا بالقوه باد‌های خورشیدی کند در نظر گرفته می‌شوند.

تاج میانی بالای این ناحیه با ساختار‌های پلاسمایی بلندی که به صورت شعاعی به سمت بیرون در داده‌های ماهواره عملیاتی زیست‌محیطی زمین‌ایستا قرار دارند، به تصویر کشیده شده است. این پدیده که برای اولین بار به طور مستقیم مشاهده شده است، توسط این تیم به عنوان یک شبکه تاجی (coronal web) شناخته می‌شود. ساختار‌های این شبکه به طور مکرر در تعامل و سازماندهی مجدد هستند.

محققان مدت‌هاست پلاسمای خورشیدی تاج بیرونی را که معماری مشابهی دارد را می‌شناسند. برای دهه‌ها، تاج‌نگار LASCO که روی فضاپیمای سوهو قرار دارد، تصاویری از این منطقه در نور مرئی ارائه می‌دهد.

دانشمندان تصور می‌کنند باد خورشیدی آهسته‌ای که سفر خود را به فضا آغاز می‌کند، ساختاری شبیه به جریان جت دارد. همانطور که مطالعه اخیر به طرز چشمگیری نشان داده است، این ساختار در حال حاضر در تاج میانی غالب است. 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.

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، محققان از یک مدل مغناطیسی هیدرودینامیکی پیشرفته (MHD) برای شبیه‌سازی میدان مغناطیسی تاج و حالت پلاسمایی برای این دوره استفاده کردند.

چیتا گفت: همانطور که محاسبات نشان می‌دهد، ساختار‌های شبکه تاجی از خطوط میدان مغناطیسی پیروی می‌کنند. تجزیه و تحلیل ما نشان می‌دهد 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. براساس نتایج جدید این مطالعه، پلاسمای داغ خورشیدی در تاج میانی در امتداد خطوط میدان مغناطیسی باز شبکه تاجی جریان دارد. در جایی که خطوط میدان متقاطع می‌شوند و برهم کنش می‌کنند، انرژی آزاد می‌شود.

محققان این مطالعه امیدوارند با بررسی‌های بیشتر، بینش‌های بیشتر و دقیق‌تری از ماموریت‌های خورشیدی در آینده به دست آورد. برخی از آنها، مانند ماموریت پروبا-۳ (Proba-۳) آژانس فضایی اروپا که برای سال ۲۰۲۴ برنامه‌ریزی شده است، مجهز به ابزار‌هایی است که تاج میانی را مورد بررسی قرار می‌دهد. همراه با داده‌های رصدی از کاوشگر‌های فعال فعلی مانند کاوشگر خورشیدی پارکر ناسا و مدارگرد خورشیدی آژانس فضایی اروپا، این ابزار درک بهتر ساختار سه‌بعدی شبکه تاجی را ممکن می‌سازد.