ملاحظة غريبة لناسا: الشمس تضع حداً لثورانها

في 30 سبتمبر 2014، رصدت ناسا ما يبدو أنه بدايات انفجار شمسي. شوهد ارتفاع أحد الخيوط الشمسية -filaments عن السطح – وهي بنى عوجاء تتكون من مواد شمسية كثيفة وغالبًا ما ترتبط بالانفجارات الشمسية -وكلما ارتفع اكتسب المزيد من الطاقة والسرعة.

ولكن بدلًا من أن ينفجر، انهار الخيط متمزقًا إلى قطع من قبل قوى مغناطيسية غير مرئية.

بامتلاك العلماء للكثير من الأدوات التي رصدت الحدث، فقد تمكنوا من تتبع الحدث بكامله من البداية إلى النهاية، وشرحوا لأول مرة كيف أن المشهد المغناطيسي في الشمس قد أنهى ثورة شمسية.

وتتلخص نتائجها في ورقة نشرت في مجلة الفيزياء الفلكية في 10 يوليو 2017. «كان كل جزء من ملاحظاتنا مهمًا» وفقًا لما ذكره جورجيوس تشينتزوجلو، المؤلف الرئيسي للورقة وعلم الفيزياء الشمسية في مختبر لوكهيد مارتن للطاقة الشمسية والفيزياء الفلكية في بالو ألتو بولاية كاليفورنيا، والمؤسسة الجامعية للبحوث الجوية في بولدر بولاية كولورادو. «أزل أداة واحدة، وستصبح أعمى».

في الفيزياء الشمسية، يجب أن يكون لديك تغطية جيدة لدرجات الحرارة المتعددة، وبذلك يمكنك أن تقول قصة جميلة.

واستخدمت الدراسة العديد من البيانات التي سجلها مرصد ديناميات الطاقة الشمسية وواجهة التصوير الطيفية المحلية التابعة لناسا، ومرصد JAXA/NASA Hinode، والعديد من التلسكوبات الأرضية دعمًا لإطلاق صاروخ السبر VAULT2.0الممول من ناسا.

وتشاهد هذه المراصد معًا الشمس في عشرات الأطوال الموجية المختلفة للضوء التي تكشف عن سطح الشمس والغلاف الجوي السفلي، مما يسمح للعلماء بتتبع الثوران من بداية الغلاف الجوي الشمسي ليتمكنوا من فهم سبب تلاشيه.

أطلق الصاروخ في يوم الاندلاع الفاشل، وهو صاروخ مداري يطير لمدة20 دقيقة تقريبًا لجمع البيانات من فوق الغلاف الجوي للأرض لمدة خمس دقائق من منطقة على الشمس ذات نشاط مغناطيسي مكثف، كما تعاون الفريق مع أيرس – IRIS لتركيز ملاحظاته على المنطقة نفسها.

»كنا نتوقع ثورانًا، كانت هذه المنطقة الأكثر نشاطًا على الشمس في ذلك اليوم»، هذا ما قاله أنجيلوس فورليداس، عالم الفيزياء الفلكية في مختبر الفيزياء التطبيقية لجامعة جونز هوبكنز في لوريل، ميريلاند، المحقق الرئيسي في مشروع VAULT2.0 والمؤلف المشارك للورقة. «رأينا ارتفاع الخيوط مع IRIS، لكن لم نرها تندلع في SDO أو في المخططات الشمسية. وبذلك علمنا بفشل الاندلاع»

تتحكم القوى المغناطيسية في الأرضية الشمسية، واستنتج العلماء أن هذه القوى كانت المسؤولة عن منع البنية غير المستقرة من الخيوط من الاندلاع.

وقد استخدموا هذه الملاحظات كمدخلات لبناء نموذج يوضح البيئة المغناطيسية للشمس بالتعاون مع العلماء الذين يستخدمون البيانات الطوبوغرافية لدراسة الأرض، وتمكنوا من رسم الخصائص المغناطيسية للشمس لفهم كيفية توجيه هذه القوى للنشاط الشمسي.

طور تشينتزوغلو وزملاؤه نموذجًا حدد المواقع النشطة مغناطيسيًا على الشمس، والتي تكون الاندلاعات السريعة للطاقة – مثل تلك التي لوحظت عند انهيار الخيط -أكثر احتمالًا بها، إذ يكون المجال المغناطيسي مشوهًا بشدة.

بإمكانك مشاهدة الفيديو لعرض الملاحظات والنماذج التي مكنت العلماء من تتبع الاندلاع الشمسي الفاشل من بدايته.



حسبما قال أنتونيا سافتشيفا، عالم الفيزياء الفلكية في مركز هارفارد سميثسونيان للفيزياء الفلكية في كامبريدج، ماساشوستس.» لقد قمنا بحساب البيئة المغناطيسية للشمس من خلال تعقب ملايين خطوط المجال المغناطيسي والنظر في كيفية ربط خطوط المجال المتجاورة وتباعدها، مقدار الاختلاف يعطينا مقياسًا للطوبولوجيا»

يظهر نموذج الأشكال الطوبولوجية كيفية تطور الهياكل الشمسية على سطح الشمس.

تنطلق الطاقة المغناطيسية عادة بشكل مفاجئ عند تصادم الهياكل الشمسية مع الاتجاهات المغناطيسية المعاكسة، وتسخن الغلاف الجوي لتنفجر في الفضاء على هيئة إكليل أو سحابة ضخمة من المواد الشمسية والمجالات المغناطيسية.

ولكن في اندلاع سبتمبر 2014، أشار النموذج إلى اندفاع خيطين مقببين ضد بنية مغناطيسية معقدة، ليصطدما ببعضهما ويتحطما في النهاية.

وكانت هذه الحدود غير المرئية، التي يطلق عليها أنبوب التدفق القطعي، نتيجة اصطدام منطقتين ثنائيتي القطب على سطح الشمس، وهي عبارة عن رابطة من أربعة حقول مغناطيسية متناوبة ومتعارضة ناضجة لإعادة التوصيل المغناطيسي، وهي عملية ديناميكية يمكن أن تنطلق بكميات كبيرة من الطاقة المخزنة.

يقول تشينتزوجلو “كسر أنبوب التدفق خطوط الحقل المغناطيسي للخيوط ويعيد توصيلها مع خطوط الشمس المحيطة، بحيث يتم تجريد الطاقة المغناطيسية من الخيوط”.

يلتهم هذا الهيكل أو الأنبوب الخيوط مثل الطاحونة ليرش رقائق من المواد الشمسية ويمنع الثوران المحتمل.

ويوضح النموذج انفراج الحرارة والطاقة الغلاف الجوي للشمس عند انحراف الخيوط، مطابقًا الملاحظات الأولية.

كما تدعم محاكاة إعادة التوصيل الملاحظات المسجلة من أن التقاء أنبوب التدفق والخيوط دليل على إعادة التوصيل المغناطيسي.

في حين أن العلماء قد تكهنوا بوجود مثل هذه العملية، إلا أنه لم يكن لديهم ملاحظات متعددة عن مثل هذا الحدث الذي يؤكد أن الحدود المغناطيسية على الشمس قادرة على وقف الثوران.

يقول فورليداس » كان من المستحيل الحصول على هذه النتيجة دون تنسيق أسطول شركة ناسا الشمسية لدعم إطلاق الصواريخ«.

وتشير هذه الدراسة إلى أن طوبولوجيا الشمس تلعب دورًا مهمًا في ما إذا كان الانفجار يمكن أن يحدث أم لا. إذ يمكن لهذه الانفجارات أن تحدث تأثيرات للطقس الفضائي حول الأرض.

يقول تشينتزوجلو «وجهت معظم البحوث لفهم كيفية مساعدة الطوبولوجيا للاندلاعات على الهرب ولكن هذا يخبرنا أنه بغض النظر عن آلية الثوران، نحن بحاجة أيضًا إلى النظر في ما يواجهه الهيكل الوليد في البداية، وكيفية وقفه»