شرح خبر

اکنون کاوش‌گر خورشیدی پارکر (Parker) ناسا مجموعه‌ای از برخوردهای نزدیک با خورشید دارد. رصدهای اولیه این فضاپیما باعث پیشرفت شناخت ما از خورشید و محیط اطراف آن شده است.


بااین‌که خورشید درمقایسه‌با دیگر ستارگان، کاملاً نزدیکِ ما است، همیشه رازهای علمی فریبنده و جذابی برای ما داشته است. مثلاً ما هنوز نمی‌دانیم که کرونای خورشیدی (تاج خورشید)، خارجی‌ترین جو خورشید، چطور دمای بیش از یک‌میلیون درجه‌ی کلوین دارد، درحالی‌که سطح قابل‌مشاهده‌ دمایی کمتر از ۶۰۰۰درجه‌ی کلوین دارد۱. باد خورشیدی در تاج تولید می‌شود، جریان خروجی از باد ذرات پلاسما (یون‌ها و الکترون‌های آزاد) که در فضای بین سیارات گسترده می‌شود. NASA درسال ۲۰۱۸ کاوشگر خورشیدی پارکر (PSP)۲ را باهدف شناسایی چگونگی گرم‌شدن تاج و شتاب‌دارشدن بادهای خورشیدی پرتاب کرد.۳-۶

اولین نتایج PSP به‌صورت چهار مقاله در نشریه‌ی نیچر منتشر شده است. اندازه‌گیری‌های کاوشگر خورشیدی پارکر (PSP) زمانی انجام شد که فضاپیما در فاصله‌ی ۲۴میلیون کیلومتری خورشید قرار داشت (برای مقایسه، میانگین فاصله‌ی عطارد و خورشید حدود ۵۸میلیون کیلومتر است). آنها نشان دادند که باد خورشیدی در نزدیکی خورشید بسیار فعال‌تر و ساختاریافته‌تر از نزدیک زمین است (شکل ۱). بِیل و همکارانش۳ اندازه‌گیری‌های جهت و شدت میدان مغناطیسی خورشید را که بادهای خورشیدی آن را به فضا می‌کشد، ارائه کرده‌اند. نویسندگان مقاله، برعکس‌شدن‌های سریع در جهت میدان پیدا کرده‌اند که فقط چند دقیقه طول می‌کشد. بااین‌حال پیش از این هم برخی ساختارهای مغناطیسی مشابه بوده‌اند۷، دامنه‌ی بزرگ و آهنگ رخداد بالای این معکوس‌شدن‌ها تعجب‌آور است. درواقع ماهیت این ساختارها ناشناخته باقی مانده است.



شکل ۱. محیط اطراف خورشید. بیرونی‌ترین بخش خورشید جریانی از ذرات پلاسما (یون‌ها و الکترون‌ها) به‌نام باد خورشیدی تولید می‌کند. الکترون‌های «Strahl» و ذرات پرانرژی در جریان باد،‌ درامتداد خطوط میدان مغناطیسی خورشید. چهار مقاله۳-۶ رصدهایی از کاوشگر خورشیدی پارکر (PSP) گزارش کرده‌اند که اکنون نیز به‌دور خورشید می‌چرخد. داده‌های PSP نشان می‌دهد که خطوط میدان شامل خمیدگی‌های Sشکل است و خورشید حباب‌هایی از پلاسما پراکنده می‌کند که بخشی از باد خورشیدی جوان را تشکیل می‌دهد. تصویر پرتو ماوراءبنفش خورشیدی را رصدخانه‌ی پویاشناسی خورشیدیِ ناسا (Solar Dynamics Observatory) در روزی تهیه کرده است که PSP اولین برخورد را با خورشید داشت.


بِیل و همکارانش همچنین گزارش کرده‌اند که حسگرهای PSP افت‌وخیزهایی در میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی محلی خورشید تشخیص داده‌اند که از این افت‌وخیزها در نزدیکی زمین بزرگ‌ترند. ممکن است این افت‌وخیزها به‌واسطه‌ی آشوب در باد خورشیدی یا با ناپایداری‌های پلاسمایی ایجاد شده باشند که ناشی از یون‌ها و الکترون‌ها است. حضور چنین افت‌وخیزهایی نشان می‌دهد که ناپایداری‌های پلاسما اثر بسیار بیشتری بر پویاشناسی و انرژی‌شناسی باد خورشیدی نسبت به آنچه در گذشته انتظار می‌رفت، دارد.

کسپر و همکارانش۴ رصدهای یون‌ها و الکترون‌های پلاسمای خورشید را نشان دادند. آنها دریافتند که وارونگی در میدان مغناطیسی خورشید اغلب به افزایش موضعی در مؤلفه‌ی شعاعی سرعت پلاسما (سرعت درجهت دورشدن از مرکز خورشید) مربوط می‌شود. نویسندگان از سیگنال‌های بسیار واضح strahl باد خورشیدی، باریکه‌ای سریع و موازی‌شده از الکترون‌ها که درامتداد میدان مغناطیسی جریان دارد، برای مطالعه‌ی هندسه و پیکربندی میدان استفاده کردند. کسپر و همکارن با این روش وارونگی‌های میدان مغناطیسی برحسب خمیدگی‌های Sشکل جابه‌جاشونده در امتداد خطوط میدانی که از خورشید می‌آیند تفسیر کردند.

نویسندگان مؤلفه‌ی سمتی (سرعت عمود بر شعاع) بزرگ شگفت‌انگیزی از سرعت پلاسما نیز گزارش کرده‌اند. هنگامی که پلاسما از میدان مغناطیسی تاج خورشیدی رهایی می‌یابد این مؤلفه از نیروی ناشی‌از چرخش خورشید باعث پرتاب پلاسما به بیرون تاج می‌شود، بسیار شبیه به زمانی که یک پرتاب‌گرْ چکشی را از دستان خود رها کرده و پرتاب می‌کند. بااین‌حال در حال حاضر دلیل مقدارهای بزرگ سرعت سمتیِ رصدشده دقیق مشخص نیست.

مک‌کومس و همکاران۵ آشکارسازی یون‌ها و الکترون‌های پرانرژی را بررسی کردند، ذراتی که بعضی از آنها اغلب در ناحیه‌ای بیرون تاج خورشیدی نسبت به نواحی نزدیک زمین رصد شده‌اند. زبانه‌های (فوران‌های تابشی) تاج خورشیدی یا امواج ضربه‌ای مربوط به پرتاب‌های جرم از تاج (فوران پلاسما) باعث شتاب‌گرفتن این ذرات می‌شوند که در فضای میان‌ستاره‌ای حرکت می‌کنند. نویسندگان ذرات مربوط به هر دو نوع منبع را شناسایی کرده‌اند.

ازآنجاکه ذرات پرانرژی درامتداد میدان مغناطیسی خورشید حرکت می‌کنند، می‌توان از اختلاف زمانی که طی آن ذرات سریع و کُند به PSP می‌رسند برای تخمین طول مسافت طی‌شده‌ی آنها در امتداد میدان استفاده کرد. مک‌کومس و همکارانش متوجه شدند که این فاصله طولانی‌تر از چیزی است که انتظار داشتند. که نشان‌دهنده‌ی این است که هندسه‌ی میدان مغناطیسی بسیار پیچیده‌تر از چیزی است که تصور می‌شد. این یافته را می‌توان برای وارونگی‌های میدان مغناطیسی Sشکل نیز درنظر گرفت.

ابزار دردسترس تصویربرداری از PSP، رصدهایی از راه دور از نور پراکنده‌شده با الکترون‌ها و غبار نزدیک به خورشید فراهم آورده است. هوارد و همکارانش۶ گزارش داده‌اند که شدت نور پراکنده‌شده با گردوغبار، به‌همان صورتی که اغلب از روی زمین دیده می‌شود، با فاصله از خورشید کم می‌شود. بااین‌حال نویسندگان شواهد اولیه‌ای مبنی بر وجود ناحیه‌ی فرضی بدون غباری۸ در نزدیکی خورشید پیدا کرده‌اند که پیش‌ازاین آشکارسازی نشده بود. تصاویر دقیق PSP نیز تغییرات فضایی (مکانی) در بادهای خورشیدی را نشان می‌دهد که با تغییرات میدان مغناطیسی خورشید در سطح آن هماهنگ است و حباب‌های کوچکی از پلاسما نشان می‌دهد که از خورشید به بیرون پرتاب می‌شود و بخشی از باد خورشیدی جوان را شکل می‌دهد.

این چهار مقاله نشان می‌دهد که PSP با ورود به ناحیه‌ی کشف‌نشده‌ی منظومه‌ی شمسی اکتشافات بزرگی انجام داده است. PSP در آینده‌ی نزدیک برای ترکیب همه‌ی منابع اطلاعاتی دردسترس باهدف ایجاد درک عمیق‌تری از فیزیک خورشید و بادهای خورشیدی اهمیت زیادی خواهد داشت. مثلاً محققان باید اندازه‌گیری‌های میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی را با رصدهای دقیق ذرات پلاسما ترکیب کنند تا تعیین کنند میدان‌ها و پلاسما چطور با هم برهم‌کنش می‌کنند و ناپایداری‌ها را کنار می‌زنند۹. همچنین آنها باید سرعت جریان سمتی بزرگ را بیشتر بررسی کنند تا تأیید کنند که آیا یک ویژگی پایا است یا یک استثناء است که فقط یک بار در طی اندازه‌گیری‌های PSP پیش آمده است.

استفاده از مدل‌های میدان مغناطیسی دانشمندان را به دانستن بیشتر درباره‌ی مسیر حرکت ذرات پرانرژی بین خورشید و PSP، و به‌نوبه‌ی خود درباره‌ی شرایط فضایی –آثار خورشید و باد خورشیدی بر زمین و فناوری‌های انسانی- هدایت می‌کند. بررسی این ذرات پرانرژی باید با رصدهای از راهِ دور سطح و تاج خورشیدی نیز ارتباط داشته باشد. یک هدف کوتاه‌مدت دیگر بررسی وجود احتمالی ناحیه‌ای بدون غبار در نزدیکی خورشید است، اما باید منتظر نزدیک‌شدن‌های بیشتر PSP به خورشید در آینده باشیم.

انتظار داریم که اطلاعات PSP سال‌های زیادی درک و شناخت ما را از خورشید و بادهای خورشیدی پیش ببرد. کشفیات فضاپیما، باعث ارائه‌ی مدل‌ها و نظریه‌های جدید می‌شود و این دانش قابل‌انتقال به دیگر ستاره‌ها و پلاسمای اخترفیزیکی در کل عالم است. بااین‌همه خورشید تنها ستاره‌ای است که ما می‌توانیم آن را از نزدیک و با فضاپیما بررسی کنیم. مدار PSP طی سال‌های آینده فضاپیما را به خورشید نزدیک‌تر هم می‌کند، تا فاصله‌ی فقط ۶ میلیون کیلومتری از سطح خورشید۲. طی این مدت خورشید به مرحله‌ی فعال‌تر چرخه‌ی ۱۱ساله‌ی خود منتقل می‌شود و به‌زودی انتظار نتایج هیجان‌انگیزتری هم داریم.

آژانس فضایی اروپا در سال ۲۰۲۰ کاوشگر Solar Orbiter (مدارگرد خورشیدی) را پرتاب خواهد کرد. بااین‌که این فضاپیما به‌اندازه‌ی PSP به خورشید نزدیک نخواهد شد، مجموعه‌ی بسیار حساس ابزارهای علمی آن در ترکیب با PSP برای نشان‌دادن اطلاعات کلیدی درمورد خورشید به‌کار خواهد رفت. مثلاً Solar Orbiter ترکیب عناصر و حالت‌های بار یون‌ها را بررسی خواهد کرد و تصاویری در طول‌موج‌های مختلف نور از خورشید تهیه خواهد کرد. بدون‌تردید این بررسی‌های مشترک برخی شکاف‌های باقی‌مانده در دانش ما درباره‌ی خورشید و بادهای خورشیدی را پر خواهد کرد. بااین‌حال، اکنون، خورشید بار دیگر ثابت کرده است که هنوز رازهای زیادی برای ما دارد.



منبع:

https://www.nature.com/articles/d41586-019-03665-3

نویسنده:

دنیل ورسشارن (Daniel Verscharen) در أزمایشگاه علوم فضایی مولارد در کالج دانشگاهی لندن (University College London) در لندن (Dorking RH5 6NT) کار می‌کند.

مراجع:

۱.

Aschwanden, M. Physics of the Solar Corona: An Introduction with Problems and Solutions (Springer, 2005).

۲.

Fox, N. J. et al. Space Sci. Rev. 204, 7–48 (2016).

۳.

Bale, S. D. et al. Nature 576, 237–242 (2019).

۴.

Kasper, J. C. et al. Nature 576, 228–231 (2019).

۵.

McComas, D. J. et al. Nature 576, 223–227 (2019).

۶.

Howard, R. A. et al. Nature 576, 232–236 (2019).

۷.

Horbury, T. S. et al. Mon. Not. R. Astron. Soc. 478, 1980–1986 (2018).

۸

Lamy, P. L. Astron. Astrophys. 33, 191–194 (1974).

۹

Marsch, E. Living Rev. Sol. Phys. 3, 1 (2006).

۱۰.

Müller, D., Marsden, R. G., St. Cyr, O. C. & Gilbert, H. R. Solar Phys. 285, 25–70 (2013).



نویسنده خبر: سمانه نوروزی
کد خبر :‌ 2963
«استفاده از اخبار انجمن فیزیک ایران و انتشار آنها، به شرط
ارجاع دقیق و مناسب به خبرنامه‌ی انجمن بلا مانع است.»‌



حامیان انجمن فیزیک ایران   (به حامیان انجمن بپیوندید)

کلیه حقوق مربوط به محتویات این سایت محفوظ و متعلق به انجمن فیریک ایران می‌باشد.
Webmaster : Ali Meschian : www.irandg.com
Server: Iran (45.82.138.40)

www.irandg.com