في خطوة غير مسبوقة، تمكن العلماء من التقاط صور حادة لدوامات البلازما الصغيرة على سطح الشمس، مما يفتح آفاقًا جديدة لفهم الطاقة الشمسية.
أول نظرة على دوامات البلازما الصغيرة على سطح الشمس
تم التقاط دوامات صغيرة من البلازما المغناطيسية على سطح الشمس بتفاصيل حادة للمرة الأولى، مما يوفر للعلماء نظرة مباشرة على عدم استقرار تم التنبؤ به منذ فترة طويلة والذي قد يساعد في تفسير كيفية تخزين الشمس للطاقة وإطلاقها. باستخدام تلسكوب دانيال ك. إينوي الشمسي التابع لمؤسسة العلوم الوطنية في ماوي، سجل فريق دولي أعلى دقة للصور في الفوتوسفير الشمسي حتى الآن. في تلك الصور، وجدوا حقول كثيفة من الهياكل الصغيرة على شكل دوامات على حواف المناطق المغناطيسية.
تطابق الأنماط مع عدم استقرار كلفن-هلمهولتز
تتطابق الأنماط مع ما يتوقعه الفيزيائيون من عدم استقرار كلفن-هلمهولتز، وهو تأثير مدفوع بالقص يظهر في العديد من السوائل والبلازما ولكن لم يتم حله سابقًا بمثل هذه الدقة على السطح المرئي للشمس. النتائج مفصلة في ورقة جديدة في Nature، استنادًا إلى مرآة التلسكوب البالغ طولها 4 أمتار (13 قدمًا) والبصريات المتقدمة التي يمكنها حل الميزات التي لا يتجاوز عرضها عشرات الكيلومترات.
التركيز على منطقة نشطة مغناطيسيًا
ركز الفريق على منطقة نشطة مغناطيسيًا بالقرب من بقعة شمسية، حيث ترتفع خلايا الحمل الحراري، أو الحبيبات، باستمرار وتغوص وتتركز الحقول المغناطيسية. في تسلسلات زمنية، حددوا العديد من الدوامات المتقاربة عند حدود هذه البقع المغناطيسية.
تأكيد النتائج من خلال المحاكاة
للتحقق من نتائجهم، قارن الباحثون صور التلسكوب بمحاكاة عالية الدقة للديناميكا المائية المغناطيسية للفوتوسفير باستخدام كود MURaM. هذه المحاكاة، التي طورتها فرق في مرصد NSF NCAR العالي الارتفاع ومعهد ماكس بلانك لأبحاث النظام الشمسي، تحل الفيزياء الأساسية لتدفق البلازما، الإشعاع والحقول المغناطيسية. في كل من البيانات المحاكاة والملاحظة، تحولت الأنماط الشبيهة بالحدود المغناطيسية إلى هياكل دوامية مماثلة مع تباعد وحركة قابلة للمقارنة.
دور الدوامات الصغيرة في الدينامو الشمسي
تشير الأعمال إلى أن هذه الدوامات الصغيرة قد تلعب دورًا أكبر من مجرد دور محلي. يمكن أن تخلط هياكل كلفن-هلمهولتز البلازما المغناطيسية وغير المغناطيسية بكفاءة، مما يسرع من انتشار الحقول المغناطيسية عبر الغلاف الجوي الشمسي السفلي.
استنتاجات حول تسخين الكورونا والأحداث الانفجارية
ترتبط النتائج أيضًا بأسئلة حول تسخين الكورونا والأحداث الانفجارية مثل النانوفلاير، والتوهجات الكبيرة والانفجارات الكتلية الإكليلية. فكرة رائدة، تُسمى جديلة التدفق، تفترض أن خطوط المجال المغناطيسي تتشابك وتلتوي بواسطة الحركات الأساسية حتى تعيد الاتصال وتحرر الطاقة المخزنة.
خطط مستقبلية للبحث
في المرحلة التالية، يخطط العلماء لاستخدام أدوات التعرف على الأنماط الآلية لتتبع توقيعات كلفن-هلمهولتز عبر مجموعات بيانات أكبر من تلسكوب إينوي. من خلال تشغيل ملاحظات طويلة الأمد وعالية التردد عبر هذه الخوارزميات، يأملون في قياس مقدار الطاقة التي تحملها عدم الاستقرارات إلى الطبقات العليا من الغلاف الجوي الشمسي ومدى تأثيرها على انتشار الحقول المغناطيسية بمرور الوقت.
نتائج متوقعة لتحسين نماذج الطقس الفضائي
من المتوقع أن تساعد هذه النتائج في تحسين نماذج الطقس الفضائي المستخدمة لتوقع التوهجات والانفجارات الكتلية الإكليلية التي يمكن أن تعطل الشبكات الكهربائية، والأقمار الصناعية، ونظام تحديد المواقع العالمي والاتصالات.
تتجه الأنظار الآن إلى الأبحاث المستقبلية التي ستساعد في تحسين نماذج الطقس الفضائي وتوقع الأحداث الشمسية الهامة.
