التقاط الحدود المغناطيسية الكبرى للشمس عند 0.3 وحدة فلكية

بواسطة آندي توماسويك – 06 سبتمبر 2026، الساعة 01:26 مساءً بالتوقيت العالمي المنسق | علم الفلك الشمسي

في النظام الشمسي، توجد ستارة كبيرة متماوجة من الجسيمات المشحونة، والتي تعد أكبر هيكل في نظامنا الشمسي. تُعرف هذه الطبقة باسم “صفائح تيار الغلاف الشمسي” (HCS)، وتحدد النقطة التي تقلب فيها الشمس قطبيها المغناطيسي الشمالي والجنوبي. تمتد هذه الصفائح مباشرة من حلقات متوهجة عملاقة من البلازما على سطح الشمس، تُعرف بـ “شرائط الخوذة”. حتى الآن، كانت دراسات HCS قد اقتصر استخدامها على المناطق القريبة من الأرض، وذلك من خلال أدوات فضائية مثل SoHo وWind. ومع ذلك، تمكن فريق البحث بقيادة Keiichi Ogasawara من معهد أبحاث الجنوب الغربي من استغلال مهمة Solar Orbiter التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية ووكالة ناسا لالتقاط HCS على بعد نحو 0.3 وحدة فلكية من الأرض، أي قبل أن تؤثر عليها التفاعلات مع الفضاء بين النجوم أو الرياح الشمسية. يعد هذا البحث بمثابة أوضح صورة تُلتقط لهياكل HCS.

عبرت Solar Orbiter جزءًا من HCS على ارتفاع 0.3 وحدة فلكية في 13 أبريل 2023، وكانت جميع أجهزتها في حالة تأهب قصوى. وقد لعب مستشعر الأيونات الثقيلة (SWA-HIS) دورًا رئيسيًا في جمع البيانات حول الجسيمات المكونة لـ HCS. وما تم رصده لم يكن مجرد خط مغناطيسي عادي، بل كان أشبه بطريق سريع متعدد الطبقات مليء بالشذوذات المغناطيسية وضغوط البلازما المتغيرة.

أحد الاكتشافات الرئيسية كانت تتعلق بالإلكترونات. قبل وصول المركبة الفضائية إلى الجزء الرئيسي من HCS، واجهت منطقة توقفت فيها حزم الإلكترونات السريعة (المعروفة باسم Strahls) فجأة. بالإضافة إلى ذلك، بدا أن البروتونات في الرياح الشمسية تتحرك بسرعة أكبر بنحو 50 كيلومترًا في الثانية. دفعت هذه الظواهر الباحثين إلى الاعتقاد بأن هذه المنطقة تعد بؤرة لإعادة الاتصال المغناطيسي، حيث تنقطع خطوط المجال المغناطيسي للشمس وتطلق رشقات من البلازما.

على الرغم من التغيرات الكبيرة في المجال المغناطيسي عبر HCS، ظلت نسب الأيونات الثقيلة للكربون والأكسجين مستقرة بشكل ملحوظ. يتم إنشاء هذه الاختلافات الأيونية بالقرب من الشمس، وعندما تدفع الرياح الشمسية الأيونات داخل النظام الشمسي، فإنها تصل في النهاية إلى نقطة تعرف بـ “ارتفاع التجمد”، وهي نقطة تتراوح بين 1-2 مرة نصف قطر الشمس. عند هذه النقطة، تُثبت نسب الأيونات، حيث لا يمكن للذرات التقاط أو فقد الإلكترونات بسهولة. وقد اكتشفت Solar Orbiter أنه على الرغم من الفوضى المغناطيسية التي تحدث في HCS، فإن ذلك لا يؤثر على قدرة تلك الذرات على التقاط أو فقد الإلكترونات، مما يسمح للباحثين بتتبع تلك النسب إلى مكان ولادتها قبل الوصول إلى ارتفاع التجمد.

حتى مع بقاء النسب الأيونية للعنصر الفردي مستقرة، لوحظت تغييرات بارزة في تركيزات العناصر المختلفة. على وجه التحديد، لاحظ الباحثون انخفاضًا حادًا في نسبة الحديد إلى الأكسجين. عادةً ما تلتقط الرياح الشمسية العناصر ذات إمكانات التأين المنخفضة، مثل الحديد، ولكن في نفس الوقت، تتجاهل الأكسجين بسبب ارتفاع إمكانات التأين الخاصة به.

بينما كانت Solar Orbiter تقترب من منتصف HCS، تم تتبع الانخفاض الحاد في نسبة Fe/O، حتى وصلت إلى قيمة مشابهة جدًا لما هو موجود في الغلاف الضوئي للأرض بدلاً من الرياح الشمسية النموذجية. يُعتقد أن هذه الظاهرة تعود إلى تأثيرات غير متوقعة، حيث يُحتجز الحديد في حلقات مغناطيسية قريبة من الشمس لفترة طويلة، مما يؤدي إلى غرقه قبل إطلاق البلازما المحملة به في الفضاء.

جانب آخر من الدراسة كان يتعلق بدرجات حرارة الأكسجين مقارنةً بالبروتونات في HCS. لم يكن لدى الأكسجين الوقت الكافي لموازنة درجات الحرارة مع البروتونات عند 0.3 وحدة فلكية، مما يجعل القياسات في تلك النقطة حيوية لفهم ما يحدث له في رحلته عبر النظام الشمسي. وبما أن الأكسجين عادة ما يكون أثقل بحوالي 16 مرة من البروتونات، فإن ذلك يُظهر نسبة عند نقطة تُعرف باسم الحد النسبي للكتلة الفائقة.

شهد الأكسجين ارتفاعًا ملحوظًا في درجات الحرارة فوق هذا الحد، وقد وُجد أن تلك الارتفاعات مرتبطة ارتباطًا إيجابيًا مع زيادة نسبة الشحن O7+ / O6+، بينما كانت مرتبطة سلبا مع نسبة الشحن للكربون. يُعتقد أن هذا التسخين الانتقائي للأكسجين مدفوع بظاهرة تُعرف بموجات ألفين سيكلوترون، حيث تُفرغ طاقتها إلى أيونات محددة مثل الأكسجين. في نفس الوقت، كانت جسيمات ألفا تمتص الطاقة التي كانت يمكن أن تلتقطها ذرات الكربون، مما يحرمها من زيادة درجة الحرارة.

لقد تمثل هذه الاكتشافات في رحلة واحدة قصيرة عبر مجال مغناطيسي عظيم مجموعة متنوعة من النتائج. بينما تستمر Solar Orbiter، وكذلك Parker Solar Probe، في جمع البيانات بالقرب من الشمس، سنبدأ في فهم أفضل لتعقيدات الشمس وتأثيراتها المحتملة على الحياة على الأرض.