ترسیم اولین نقشه میدان مغناطیسی پنهان خورشید

به گزارش ایسنا، به نظر می‌رسد که هر چند سال یک‌بار، خورشید حال و هوای خود را تغییر می‌دهد. لکه‌های تاریک ظاهر و ناپدید می‌شوند، انفجارهای عظیم انرژی به فضا پرتاب می‌شوند و زمین به طور خلاصه عواقب آن را از طریق ماهواره‌ها یا سیستم‌های برق مختل شده احساس می‌کند.

آنچه موجب این تغییرات می‌شود، مدت‌هاست که به عنوان «مغناطیس» شناخته می‌شود، اما رویداد اصلی در اعماق خورشید، بسیار پایین‌تر از سطح درخشانی که می‌توانیم مشاهده کنیم، اتفاق می‌افتد. تاکنون آن منطقه کاملاً خارج از دسترس بوده است و دانشمندان فقط می‌توانستند حدس بزنند که در آنجا چه اتفاقی می‌افتد.

با این حال، یک مطالعه جدید با استفاده از داده‌های ماهواره‌ای متعلق به چند دهه گذشته، تصویری سه‌بعدی از میدان مغناطیسی داخلی خورشید را بازسازی کرده است. بنابراین برای اولین بار، محققان می‌توانند چگونگی تکامل مغناطیس خورشیدی را در زیر سطح آن دنبال کنند.

نویسندگان این مطالعه خاطرنشان می‌کنند: از نظر مشاهده‌ای، هیچ یک از تکنیک‌ها از جمله خورشیدلرزه‌شناسی، قادر به ارائه تخمینی از میدان مغناطیسی داخلی خورشید نیستند و ما برای اولین بار، دینامیک میدان‌های مغناطیسی بزرگ‌مقیاس داخلی آن را بازسازی کردیم.

ترسیم آنچه دیده نمی‌شود

میدان مغناطیسی خورشید توسط حرکت گاز داغ و دارای بار الکتریکی درون آن ایجاد می‌شود. این فرآیند که «دینام خورشیدی» یا «ژنراتور خورشیدی»(solar dynamo) نامیده می‌شود، در اعماق خورشید عمل می‌کند. مشکل این است که هیچ ابزاری نمی‌تواند میدان‌های مغناطیسی را در آن لایه‌ها به طور مستقیم اندازه‌گیری کند. ماهواره‌ها فقط آنچه را که روی سطح مرئی خورشید اتفاق می‌افتد، ثبت می‌کنند و دانشمندان بقیه را با استنباط درمی‌یابند.

«دینام خورشیدی» یک فرآیند فیزیکی است که باعث ایجاد میدان مغناطیسی خورشید می‌شود. این فرآیند با توجه به نظریه دینامو که دلیل بودن یا نبودن میدان مغناطیسی در سیاره‌ها را توجیه می‌کند، توضیح داده شده ‌است. بر پایه این نظریه، یک ژنراتور الکتریکی به ‌طور طبیعی در فضای داخلی خورشید وجود دارد که به پیروی از قوانین آمپر، فارادی و اهم و همچنین قوانین دینامیک شاره‌ها که در کنار هم قوانین مگنتوهیدرودینامیک را تشکیل می‌دهند، جریان‌های الکتریکی و یک میدان مغناطیسی را در اطراف خورشید تولید می‌کنند.

در این مطالعه، محققان به طور متفاوتی به این مسئله نزدیک شدند. آنها به جای ساختن مدلی که عمدتاً مبتنی بر فرضیات است، کار خود را بر مشاهدات واقعی بنا نهادند. آنها نقشه‌های میدان مغناطیسی روزانه ثبت شده توسط ماهواره‌های خورشیدی را طی تقریباً سه دهه، از سال ۱۹۹۶ تا ۲۰۲۵ جمع‌آوری کردند.

این نقشه‌ها نشان می‌دهند که میدان‌های مغناطیسی در کجا روی سطح ظاهر می‌شوند و چگونه با گذشت زمان تغییر می‌کنند.

نویسندگان این مطالعه سپس این اطلاعات را به یک مدل کامپیوتری سه‌بعدی دقیق که برای شبیه‌سازی فرآیندهای مغناطیسی داخلی خورشید طراحی شده بود، وارد کردند.

این مدل با ورود داده‌های جدید سطحی، به طور مداوم خود را تنظیم می‌کرد تا از نظر فیزیکی سازگار باقی بماند. این امر به محققان اجازه داد تا به گذشته برگردند و محتمل‌ترین ساختارها و جریان‌های مغناطیسی پنهان در زیر سطح خورشید را که می‌توانند الگوهای مشاهده شده را تولید کنند، شناسایی کنند.

اکنون دانشمندان برای بررسی اینکه آیا این روش قابل اعتماد است، از این مدل خواسته‌اند که چرخه‌های خورشیدی گذشته را بازسازی کند. این چرخه‌ها که حدود ۱۱ سال طول می‌کشند، دوره‌های افزایش و کاهش فعالیت خورشیدی را نشان می‌دهند.

این مدل با موفقیت چرخه‌های متعددی را که در عصر استقرار ماهواره‌ها دیده شده بود، از جمله تغییر تدریجی لکه‌های خورشیدی را از عرض‌های جغرافیایی بالاتر به سمت خط استوای خورشیدی (یک شاخص کلیدی از نحوه توسعه یک چرخه) بازتولید کرد.

نویسندگان این مطالعه ادعا کردند: مدل داده‌محور ما با موفقیت ویژگی‌های کلیدی مشاهده‌ای را مانند نمودار پروانه‌ای سطح، تکامل دقیق میدان قطبی و گشتاور دوقطبی محوری بازتولید می‌کند.

آزمایش نهایی، یک پیش‌بینی بود. محققان اضافه کردن داده‌های جدید را در نقاط خاص متوقف کردند و اجازه دادند مدل به تنهایی رو به جلو حرکت کند. این مدل حتی بدون مشاهدات جدید، به درستی ویژگی‌های اصلی فعالیت خورشیدی را تا سه یا چهار سال آینده پیش‌بینی کرد.

مطالعه خورشید از درون به بیرون

محققان گفتند: همبستگی قوی بین میدان شبیه‌سازی شده و تعداد لکه‌های خورشیدی، مدل سه‌بعدی ما را که بر اساس مغناطیس‌نگاره طراحی شده است، به عنوان یک مدل پیش‌بینی‌کننده قوی از چرخه خورشیدی تثبیت می‌کند.

این نتیجه نشان‌دهنده تغییر در نحوه مطالعه خورشید توسط دانشمندان است. آنها اکنون می‌توانند به جای در نظر گرفتن فضای داخلی آن به عنوان یک منطقه ناشناخته، آن را به طور غیرمستقیم و مداوم رصد کنند.

پیش‌بینی‌های قابل اعتمادتر از فعالیت خورشیدی می‌تواند به محافظت از ماهواره‌ها، کاهش خطرات برای سیستم‌های ناوبری و هشدار قبلی به اپراتورهای شبکه برق در مورد اختلالات ژئومغناطیسی کمک کند.

با این حال، مدل فعلی به ماموریت‌های ماهواره‌ای بلندمدت نیز بستگی دارد که باید بدون وقفه ادامه یابند تا این رویکرد مؤثر باقی بماند.

در مرحله بعد، محققان قصد دارند تکنیک خود را با هدف پیش‌بینی نه تنها زمان تشدید فعالیت خورشیدی، بلکه محل تشکیل مناطق فعال سطح خورشید بیشتر بهبود بخشند.

این مطالعه در Astrophysical Journal Letters منتشر شده است.