العديد من المواضيع في علم الفلك والفيزياء الفلكية هي مواضيع مقصورة على فئة معينة. ليس هناك الكثير من العلاقة بين شيء مثل الثقب الأسود الهائل في مركز درب التبانة وحياة الشخص العادي الذي يمارس أعماله. لكن الشمس مختلفة. وجودها في حياتنا أمر لا مفر منه. سلوكها، وخاصة حرقها، له تأثير.
يظهر التوهج الشمسي على الأرض عندما تضرب الانبعاثات الكتلية الإكليلية (CME) المصاحبة لها الأرض وتخلق شفقًا ساحرًا. لكنها يمكن أن تكون أكثر من مجرد مظاهر جميلة للمجالات الضوئية والمغناطيسية. يمكنهم أن يحزموا لكمة، خاصة عندما يكونون أقوياء حقًا.
يصنف علماء الفيزياء الفلكية التوهجات الشمسية حسب سطوع الأشعة السينية. من الأقل نشاطًا إلى الأكثر نشاطًا، يتم تصنيفهم في الفئات A وB وC وM وX. ويشير كل حرف إلى زيادة بمقدار عشرة أضعاف في إنتاج الطاقة.
التوهج الشمسي هو في الواقع نوع من الانفجارات، وهو أقوى الانفجارات في النظام الشمسي. إنها تطلق كمية هائلة من الطاقة، تعادل التفجير المتزامن لملايين أو حتى مليارات القنابل الهيدروجينية. إنها تقزم الثورات البركانية الهائلة على الأرض، وحتى الكويكب الضخم الذي أنهى الديناصورات.
وهي ناجمة عن المجالات المغناطيسية القوية للشمس، والتي تكون ملتوية وتدور باستمرار. إن محفزها المحدد هو إعادة الاتصال، عندما لا تعود المجالات المغناطيسية قادرة على تحمل الالتواء والدوران ثم المفاجئة في النهاية. يتم إعادة الاتصال بتكوين أكثر وضوحًا واستقرارًا. عندما يحدث ذلك، يتم إطلاق بعض طاقة الشمس من قيودها المغناطيسية وتنبعث على شكل توهج شمسي.
هذا تصوير للمجالات المغناطيسية للشمس متراكبة على صورة للشمس تم التقاطها في ضوء الأشعة فوق البنفسجية الشديدة بواسطة مرصد ديناميكيات الطاقة الشمسية التابع لناسا في 12 مارس 2016. تنكسر الحقول المتماوجة والدوارة في النهاية، ثم تعود إلى الشمس في تكوين أكثر استقرارًا ومباشرة، مما يؤدي إلى إطلاق مشاعل. حقوق الصورة: ناسا/SDO/AIA/LMSAL
يمكن أن تتسبب التوهجات الشمسية في انقطاع التيار الكهربائي عندما تضرب طبقة الأيونوسفير، مما يؤدي إلى تعطيل الاتصالات الجوية والبحرية. يمكنهم إدخال معلومات غير دقيقة في أنظمة تحديد المواقع (GPS) عن طريق تغيير ارتفاع الأقمار الصناعية. يمكنهم في بعض الأحيان إحداث أعطال في الإلكترونيات الموجودة على المركبات الفضائية. يمكن أن تؤدي الانبعاث الإكليلي المصاحب لها أيضًا إلى تعطيل شبكات الطاقة لدينا.
هناك جهد مستمر لفهم التوهجات الشمسية، ويعد البحث المنشور في مجلة الفيزياء الفلكية جزءًا من هذا الجهد. إنه بعنوان “تطور التعقيد المكاني في البنية التحتية لشريط التوهج وعلاقته بديناميكيات إعادة الاتصال المغناطيسي.” المؤلف الرئيسي هو مارسيل كورشادو ألبيلو من مؤسسة العلوم الوطنية الأمريكية وسفير تلسكوب دانييل ك. إينوي الشمسي.
“إنه مثال جميل على الجمع بين النظرية والمراقبة والتعاون…” – ماريا كازاشينكو، مؤلفة مشاركة، المرصد الوطني للطاقة الشمسية.
تنشأ التوهجات في الطبقة الخارجية للشمس، وهي الهالة، التي يحجبها وهج الشمس، ومن الصعب ملاحظتها هناك. لكن في هذا البحث، ركز المؤلفون على شرائط التوهج. تشبه هذه آثار أقدام التوهج، المصنوعة من البلازما والجسيمات عالية الطاقة التي تصطدم بالشمس أثناء إعادة الاتصال. إنها تتبع خطوط المجال المغناطيسي، وعندما تصطدم بالكروموسفير الخاص بالشمس، فإنها تضيء بشكل رائع.
كتب المؤلفون: “تشير نماذج التوهج ثلاثية الأبعاد الحديثة إلى أن البنية التحتية لشريط التوهج مرتبطة بتجزئة صفيحة تيار إعادة الاتصال في الإكليل”. “وبالتالي يمكن أن تكون البنية التحتية لشريط التوهج بمثابة أداة تشخيصية فريدة للعمليات الفيزيائية في ورقة تيار التوهج.”
اكتشف الباحثون كيفية قياس تطور شرائط التوهج هذه وبنيتها التحتية من خلال النظر في التفاصيل الصغيرة لشرائط التوهج حيث تودع طاقتها في الغلاف اللوني. قدمت هذه التفاصيل أدلة على ما يحدث أعلاه بكثير.
لقد أنشأوا نموذجًا واختبروه مقابل الملاحظات الاصطناعية. ثم قاموا بتطبيقه على توهج حقيقي. يكتب المؤلفون: “لقد قمنا بعد ذلك بتطبيقه على التوهج الشمسي من فئة M6.5 في 22 يونيو 2015 والذي رصده جهاز التصوير الطيفي لمنطقة الواجهة (IRIS)”. IRIS هو قمر صناعي لمراقبة الطاقة الشمسية تم إطلاقه في عام 2013.
وهذا هو التوهج المتوسط المستوى المشار إليه في البحث. هذه الصورة من مرصد ديناميكيات الطاقة الشمسية، وليس من IRIS. حقوق الصورة: ناسا/SDO
ووجدوا أنه عندما تقوم التوهجات بإيداع طاقتها، فهي ليست عملية سلسة أو موحدة. بدلًا من حدث حيوي واحد كبير، ينقسم شريط التوهج إلى أجزاء مختلفة الحجم ويودع طاقته على شكل دفعات.
وقال المؤلف الرئيسي كورشادو ألبيلو في بيان صحفي: “لأول مرة أظهرنا بشكل تجريبي وجود علاقة فيزيائية بين الأشكال غير المنتظمة التي نلاحظها، وبنية منطقة تحويل الطاقة”.
يساعد هذا الرسم التوضيحي في شرح النتائج. يرتبط هيكل الحدود السوداء (موقع ترسيب الطاقة باللون الرمادي الداكن) بموقع إعادة الاتصال متعدد الطبقات (موقع تحويل الطاقة الأرجواني). على وجه التحديد، تشير أصغر التفاصيل (الأشكال السوداء غير المنتظمة) إلى إمكانية تقسيم المنطقة الداخلية إلى مناطق إضافية (نقط أرجوانية داكنة)، متصلة بواسطة مجالات مغناطيسية خاصة (أرجوانية). تسلط المنطقة الصفراء الخردل الضوء على الحلقات المغناطيسية المريحة (بعد إعادة الاتصال). تسلط المنطقة البرتقالية الضوء على حبل التدفق المتفجر، أي القذف الكتلي الإكليلي (CME). حقوق الصورة: عرض فني بواسطة كورشادو ألبيلو.
وقالت ماريا كازاشينكو، المؤلفة المشاركة في الدراسة وعالمة المرصد الوطني للطاقة الشمسية: “على مدى سنوات، اقترحت عمليات المحاكاة أن حدود شريط التوهج يجب أن تتصرف بطريقة معينة”. وحتى الآن، لا توجد طريقة لتأكيد ذلك من خلال الملاحظات. “في هذا العمل، ولأول مرة، قدمنا اختبارًا رصديًا كميًا لتلك المحاكاة. ومن خلال تطبيق أداة جديدة، مقتبسة من مجال مختلف تمامًا، تمكن كورشادو ألبيلو من إظهار أن تعقيد الشريط يزداد مع معدل إعادة الاتصال.”
وأضاف كازاشينكو، الذي يقدم أيضًا المشورة لأعمال التخرج لكورشادو ألبيلو: “إنه مثال جميل على الجمع بين النظرية والملاحظة والتعاون، مدفوعًا بمثابرة وإبداع طالب الدراسات العليا”.
الفكرة الأساسية هي أن الأنماط المرئية أدناه تقدم أدلة على العمليات التي يصعب مراقبتها أعلاه. وقال كورشادو ألبيلو: “يمكننا تشخيص ما يحدث في منطقة تحويل الطاقة من خلال دراسة عدم انتظام هذه الأشكال”.
كتب المؤلفون: “نستنتج أن تراكم التعقيد المكاني للأشرطة على نطاقات مكانية متعددة يمكن أن يكون بمثابة وكيل رصدي لتفتيت الصفيحة الحالية في الإكليل”.
لن يساعد هذا العمل في التنبؤ بحرق الغاز من تلقاء نفسه. ولكنه يساهم في الفهم الشامل للتوهجات. فهو يساعد في شرح كيفية إطلاق طاقتها، وسيوفر نماذج أفضل للحرق.
وخلص الباحثون إلى أنه “بشكل عام، يعد تحليلنا خطوة أولى نحو الربط الكمي لمورفولوجيا شريط التوهج بديناميكيات إعادة الاتصال”.
