هناك الكثير من الأشياء التي يمكنك القيام بها باستخدام البالونات. تتبادر إلى ذهني حفلات أعياد ميلاد الأطفال، وكذلك حفلات التقاعد. ولكن يمكنك أيضًا مراقبة الشمس بتفاصيل غير مسبوقة باستخدام واحدة – أو على الأقل باستخدام مجموعة من المعدات الملحقة بجندول يطفو تحتها. وهذا ما فعلته مهمة SUNRISE III في عام 2024، وكان لدى العلماء الوقت لتجميع سلسلة من ثلاث أوراق علمية حول نتائج تلك المهمة، والتي تم نشرها في مجلة Astrophysical Journal Letters.
فلماذا استخدام البالون؟ الغلاف الجوي للأرض مضطرب، مما قد يؤدي إلى تشويه التفاصيل الدقيقة لرصد الطاقة الشمسية، مثل أصغر المعالم المغناطيسية على الشمس. تعمل أدوات الرفع فوق معظم الغلاف الجوي للأرض على زيادة وضوح الصورة بشكل كبير، ويوفر البالون هذه الميزة دون كل القيود الميكانيكية لإطلاق صاروخ حقيقي.
تضمنت SUNRISE III سلسلة من الأدوات، مثل تلسكوب شمسي بطول متر واحد، معلق من جندول أسفل منطاد هيليوم يبحر على ارتفاع 35 كم تقريبًا. وقد أعطاها هذا رؤية واضحة غير مسبوقة تقريبًا للغلاف الجوي الشمسي، والتي استفادت منها البعثة باستخدام مقياس الاستقطاب الطيفي للأشعة تحت الحمراء (SCIP) لقياس استقطاب ستوكس الكامل لنجمنا المحلي، مما يسمح لعلماء الفلك بإعادة بناء اتجاهات المجال المغناطيسي وقوته بين طبقات الغلاف الجوي المتعددة.
يتحدث فريزر عن مدى حرارة شمسنا بالفعل.
كانت بعض طبقات الغلاف الجوي تلك جزءًا من “الشمس الهادئة” – وهي الأجزاء التي تحظى باهتمام أقل بكثير من “البقع الشمسية” ذات الطاقة العالية والمتقلبة للغاية والتي لا تشغل عادةً سوى جزء صغير من سطح الشمس. لقد اعتقد العلماء منذ فترة طويلة أن هذا الغلاف الكروموسفيري تهيمن عليه “مظلة” من أنابيب التدفق المغناطيسي العمودي. لكن البيانات الواردة من SCIP تظهر أن المظلة مليئة بخيوط مغناطيسية غير متوقعة. هذه الخيوط ضيقة نسبيًا ويبلغ عرضها 725 كيلومترًا (وهي صغيرة مقارنة ببقية الشمس)، وتتراوح قوتها المغناطيسية بين 10 و20 غاوس، بالتناوب في نمط مشابه للهياكل التي تُرى عادةً حول البقع الشمسية شبه الظلية. ومن المثير للاهتمام أنهم في بعض الأحيان قلبوا قطبيتهم بالكامل مقارنة ببقية المظلة المحيطة بهم فيما يسمى “تدخل القطبية المعاكسة” (OPI).
وقال الباحثون: “تشير هذه النتائج إلى أن مجال المظلة ليس مجرد هيكل متوسع ينشأ من مناطق الشبكة، ولكنه بدلاً من ذلك يحتوي على تكوين ثلاثي الأبعاد معقد يحتوي على العديد من الهياكل الفرعية المحلية”. ويوضحون أيضًا أن مجال المظلة يبدو مكانًا مثاليًا لإعادة الاتصال المغناطيسي على نطاق صغير، والذي يمكن أن يطلق الطاقة لتسخين البلازما المحيطة.
إن السؤال عن أسباب هذه الـ OPIs هو محور ورقة بحثية مصاحبة أخرى، ولكن بدلاً من مجرد تحليل بيانات SUNRISE III، تتحول هذه الورقة إلى عمليات المحاكاة – على وجه التحديد خوارزمية محاكاة إشعاعية مغناطيسية هيدروديناميكية ثلاثية الأبعاد تسمى MURaM-ChE. عندما أدخل الباحثون بيانات SUNRISE III كمدخل للمحاكاة، قاموا بمطابقة هياكل OPI بشكل جيد للغاية، وأصبح من الواضح ما كانت عليه في الواقع: حبال التدفق المغناطيسي الملتوية.
يتحدث فريزر عن أول نظرة خاطفة لنا على أقطاب الشمس من Solar Orbiter.
في أي وقت نكتب فيه قصة عن الطبقة الخارجية للشمس، أو عن العواصف الشمسية بشكل عام، نذكر حبال التدفق الملتوية هذه. يبلغ طولها حوالي 2000 إلى 7000 كيلومتر، ويبدو أن “إعادة الاتصال” بها يؤدي إلى توهجات شمسية مع كمية هائلة من الطاقة التي تطلقها هذه العملية. يبدو الآن أنهم شقوا طريقهم حتى إلى سطح الشمس الهادئ نسبيًا، على الرغم من أن انقطاعهم وانفصالهم لا يبدو أنه يحدث كثيرًا هناك.
هناك ميزة أخرى قديمة العهد في تقاريرنا عن فيزياء الطاقة الشمسية وهي نفاثات البلازما التي تنطلق من القطبين باتجاه الشمس. لقد تورطوا في توفير الطاقة لهالة الشمس، لكننا لم نتمكن أبدًا من قياس قوتها المغناطيسية الحقيقية بنجاح. ومع ذلك، فإن مشاهدتها أثناء العمل باستخدام SCIP أتاحت للعلماء إجراء تقدير دقيق جدًا لتلك القيم.
وفقًا لورقة بحثية ثالثة، تتراوح قوة المجال المغناطيسي بين 10 و20 غاوس في المظلة السفلية، وهو في الواقع أقل مما توقعته التقديرات السابقة. ومع ذلك، في الأعلى فوق “الطرف الشمسي” (الحافة الظاهرة للشمس)، تقفز قوة المجال المغناطيسي إلى حوالي 40 غاوس.
يناقش فريزر احتمالية تعرضنا لتوهج شمسي هائل.
ومع ذلك، فإن هذه القفزة الواضحة في القيمة قد تكون في الواقع خدعة للأجهزة. على ارتفاعات منخفضة، تكون غابة “الشويكات” كما يطلق عليها كثيفة جدًا لدرجة أن التلسكوبات لا تستطيع الرؤية من خلالها ويمكنها فقط حساب قيم الشويكات الخارجية. علاوة على ذلك، تنحسر هذه المظلة، مما يسمح للأدوات بقياس قيمها بشكل مباشر أكثر.
تتضافر هذه الأبحاث الثلاثة لتظهر مدى تعقيد وجه الشمس “الهادئ” بالفعل. وكم يمكن أن تكون البالونات مفيدة في الحصول على أدوات بعيدة بما يكفي فوق الغلاف الجوي لإحداث فرق كبير في دقة قياساتها. نأمل أن توفر المهمات المستقبلية، مثل SOLAR-C، مزيدًا من التبصر حول كيفية ارتباط كل هذه الحقول والحبال المعقدة معًا لتكوين هالة شمسنا – ولكن على الأقل في الوقت الحالي، من الواضح أننا مجرد خدش سطح نجمنا الأصلي.
يتعلم أكثر:
NAOJ – مرصد الستراتوسفير Sunrise-III يكشف عن الهياكل المغناطيسية الشمسية المعقدة
PA Ondratschek et al – سبب اكتشاف اختراقات القطبية المعاكسة للكروموسفير في بيانات Sunrise III/SCIP: تشير عمليات محاكاة MURaM-ChE إلى حبال تدفق ملتوية
Y. Naito وآخرون – توزيع المجال المغناطيسي على طول الشويكات التي تم الكشف عنها باستخدام SUNRISE III/SCIP
كوبو وآخرون – هيكل المجال المغناطيسي ثلاثي الأبعاد لمنطقة الشمس الهادئة الذي كشف عنه SUNRISE III/SCIP
UT – المركبة الشمسية المدارية تلتقط اهتزازات الشمس عالية السرعة المفقودة
UT – طائرات بلازما فائقة السخونة لم تُرى سابقًا تسخن كورونا الشمسي
