كان هناك سيل من بيانات الفيزياء الشمسية في الآونة الأخيرة، ويرجع الفضل في ذلك إلى حد كبير إلى المركبات الفضائية الجديدة التي بدأت في مراقبة الشمس بنشاط. تصادف أن إحدى هذه المركبات الفضائية، وهي Solar Orbiter، واجهت بالصدفة نوعًا من ظاهرة الفيزياء الشمسية المعروفة باسم “الارتداد”. تصف ورقة بحثية جديدة متاحة في Nature Astronomy للباحث جيسي تي كوبورن ومؤلفيهم المشاركين، كيف سمح لهم هذا اللقاء الصدفي بتتبع العودة إلى مكان ولادته في الإكليل الشمسي لأول مرة.
تعتبر التقلبات مهمة في فهمنا للفيزياء الشمسية بسبب كيفية ارتباطها بالرياح الشمسية – وهي تيار أسرع من الصوت من الجسيمات المشحونة التي تهب باستمرار من سطح الشمس إلى الفضاء. وقد أظهرت المركبات الفضائية الحديثة أن مكامن الخلل العنيفة في المجال المغناطيسي للشمس، والتي أطلقوا عليها اسم “التعرجات”، تؤثر بشكل مباشر على تدفق هذه الجسيمات، وبالتالي، على تعرض النظام الشمسي الأوسع للرياح الشمسية بشكل عام.
لقد عرفنا أن التراجعات كانت موجودة منذ فترة. وقد رصد مسبار باركر الشمسي التابع لناسا كميات هائلة منها. لكن العلماء يتناقشون حول المكان الذي تتشكل فيه بالضبط، وهو ما من شأنه أن يساعد في معرفة مدى تأثيرها على الرياح. النظريتان الرئيسيتان تشيران إلى أنها تشكلت إما في الفضاء السحيق بسبب الاضطراب داخل الرياح نفسها، أو في هالة الشمس الساخنة للغاية.
يناقش فريزر وباميلا مسبار باركر الشمسي.
بدأ الإنجاز الذي ساعد في الإجابة على هذا السؤال كمقابلة صدفة في 2 مارس 2022، عندما كانت Solar Orbiter تتجول عبر النظام الشمسي على مسافة نصف المسافة تقريبًا بين الأرض والشمس. بدأت أجهزة قياس المغناطيسية وأجهزة استشعار الجسيمات الموجودة على متنها في التقاط البيانات التي تشير إلى أنها كانت تغوص خلال خلل كبير، مع قراءات مرتفعة استمرت حوالي ساعة ونصف. بالنظر إلى السرعة التي كانت المركبة تسير بها (حوالي 30-40 كم/ثانية) والسرعة التي كانت تمر بها المركبة (حوالي 450-460 كم/ثانية)، فإن ذلك من شأنه أن يضع الحجم الشعاعي للمركبة المتعرجة نفسها عند حوالي 2.75 مليون كيلومتر – حوالي 6 أضعاف المسافة من الأرض إلى القمر، وحتى 3.5 أضعاف نصف قطر الشمس نفسها.
خلال تلك الساعة والنصف من الصدفة، قامت Solar Orbiter بجمع البيانات عبر مستشعر الأيونات الثقيلة الخاص بها. ومن تلك البيانات، لاحظ الباحثون زيادة في أيونات الأكسجين والكربون التي تم تجريدها من إلكتروناتها، وكذلك انخفاض في نسبة الهيليوم مقارنة بالمستويات المتوقعة. في المناطق السفلية الساخنة من الغلاف الجوي، يتم تجريد الأيونات الثقيلة من إلكتروناتها، ولكن بمجرد تحركها نحو الفضاء المفتوح، تنخفض درجة الحرارة بحيث لا تفقدها بعد الآن، ولكنها أيضًا لا تستعيدها مرة أخرى. بشكل أساسي، هذا يحافظ على الأيونات الثقيلة في نفس الحالة التي كانت عليها عند تشكل البلازما.
وفقًا للبيانات الواردة من Solar Orbiter، بدا واضحًا جدًا أن البلازما التي واجهتها أثناء الارتداد قد تم تسخينها عند درجة حرارة تزيد عن مليون درجة مئوية – على الأرجح في هالة الشمس شديدة الحرارة. ولتأكيد شكوكهم، قاموا بمراجعة البيانات المرجعية من مرصد ديناميكيات الطاقة الشمسية الذي حدث في نفس الوقت الذي عبرت فيه Solar Orbiter نقطة التحول، وقاموا بتعيين البلازما مرة أخرى إلى حلقة مغناطيسية مغلقة بالقرب من ميزة تسمى الثقب الإكليلي على الشمس.
يتحدث فريزر عن كيف أصبحنا الآن قادرين على رؤية أقطاب الشمس باستخدام Solar Orbiter.
الثقوب الإكليلية هي مناطق أكثر قتامة وبرودة حيث تمتد المجالات المغناطيسية القادمة من الشمس إلى الفضاء بين الكواكب. إنها تتناقض مع الحلقات الإكليلية التي هي عبارة عن أقواس ساخنة من البلازما مثبتة على طرفي سطح الشمس. وبما أن البلازما تشكلت بشكل واضح في حلقة مغلقة، فقد استنتج الباحثون أن التبديل العكسي نفسه تم إطلاقه من خلال عملية تعرف باسم إعادة الاتصال المتبادل.
تحدث إعادة الاتصال المتبادل عندما يواجه القوس الذي يشكل جزءًا من الحلقة خط مجال مغناطيسي مفتوح. يؤدي هذا إلى “انطباق” الخط، وكسر القوس مؤقتًا، ثم إعادة تكوينه في موضع مختلف. خلال هذه العملية، يتم إطلاق بعض الغازات شديدة السخونة التي يتكون منها القوس في الفضاء بين الكواكب، مما يؤدي إلى إنشاء ميزة “الارتداد” التي حلقت المركبة الشمسية من خلالها.
يبدو بسيطا بما فيه الكفاية. لكن الفريق لاحظ وجود تناقض في حركة الجسيمات داخل الارتداد. إذا تم إخراجهم ببساطة من القوس المكسور، فسوف يسافرون ببساطة بشكل مستقيم. بدلا من ذلك، يبدو أنها تتصرف بشكل متزامن مع خطوط المجال المغناطيسي، مما يخلق ميزة تشبه موجة ألفين، وهو نوع من الموجات المغناطيسية التي تنتقل على طول خطوط المجال في نمط مماثل لكيفية انتقال الموجات الميكانيكية عبر وتر الغيتار.
لذا، لم يكن إنشاء نقطة الارتداد بهذه البساطة، حيث تم إطلاقها في الفضاء من قوس مغناطيسي مكسور – وبمجرد إطلاقها، فإنها تحكمها أيضًا ديناميكيات الموجة للبلازما المكونة لها. يعد فهم هذا السلوك الهجين خطوة كبيرة إلى الأمام في فهمنا للفيزياء الشمسية. لا يزال هناك الكثير مما لا نعرفه عن هالة الشمس. لكن احتفظ بالبيانات والاكتشافات القادمة من كل هذه الأدوات الجديدة، من فضلك. الآن يجب أن يكون وقتًا رائعًا لتكون فيزيائيًا شمسيًا.
يتعلم أكثر:
وكالة الفضاء الأوروبية – تتتبع Solar Orbiter أصل التعرجات المغناطيسية الغامضة
جي تي كوبورن وآخرون – حول الأصل الإكليلي للتحولات المغناطيسية في الرياح الشمسية
UT – تلتقط Solar Orbiter أول صورة على الإطلاق لتحول مغناطيسي للطاقة الشمسية على الشمس
UT – لماذا كورونا الشمس حار جدًا؟ سقطت فرضية واحدة، ويتبقى الكثير منها
