احتمال وجود گردبادهای قطبی اسرارآمیز در خورشید!

تحقیقات جدید درباره گرداب‌های قطبی خورشید

به گزارش تحقیقات جدیدی که توسط مرکز ملی تحقیقات جوی ایالات متحده (NSF NCAR) انجام شده، به نظر می‌رسد خورشید نیز مانند زمین دارای گرداب‌های قطبی چرخان است. اما بر خلاف زمین، شکل‌گیری و تکامل این گرداب‌ها تحت تأثیر میدان‌های مغناطیسی قرار دارد. این یافته‌ها که به تازگی در مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم (PNAS) منتشر شده، تأثیرات مهمی بر درک ما از مغناطیس خورشید و چرخه خورشیدی دارد که می‌تواند به بهبود پیش‌بینی وضعیت آب و هوای فضایی کمک کند.

تحقیقات جدید همچنین تصویری از آنچه که ممکن است در قطب‌های خورشید در مأموریت‌های آینده مشاهده کنیم، ارائه می‌دهد و اطلاعاتی را فراهم می‌کند که می‌تواند در برنامه‌ریزی زمان این مأموریت‌ها مفید باشد. ماوسومی دیکپاتی، دانشمند ارشد NSF NCAR و سرپرست این مطالعه، گفت: “هیچ‌کس نمی‌تواند با قطعیت بگوید که در قطب‌های خورشید چه اتفاقی در حال وقوع است. اما این تحقیق جدید به ما نگاهی جذاب به آنچه که ممکن است پیدا کنیم، می‌دهد وقتی برای اولین بار قادر به مشاهده قطب‌های خورشید باشیم.”

معما در قطب‌های خورشید

احتمال وجود نوعی گرداب قطبی در خورشید چندان تعجب‌آور نیست. این شکل‌های چرخان در مایعاتی که دور یک جسم چرخان وجود دارند، به دلیل نیروی کوریولیس شکل می‌گیرند و در اکثر سیارات منظومه شمسی مشاهده شده‌اند. در زمین، یک گرداب در جو بالا در اطراف هر دو قطب شمال و جنوب می‌چرخد. زمانی که این گرداب‌ها پایدار هستند، هوای سرد را در قطب‌ها نگه می‌دارند، اما وقتی که ضعیف و ناپایدار می‌شوند، اجازه می‌دهند که آن هوای سرد به سمت استوا نفوذ کند و باعث بروز هوای سرد در عرض‌های میانه شود.

مأموریت جونو ناسا تصاویری خیره‌کننده از گرداب‌های قطبی در سیاره مشتری ارائه داد که هشت چرخش فشرده در اطراف قطب شمال گاز غول‌پیکر و پنج چرخش در اطراف قطب جنوب را نشان می‌دهد. گرداب‌های قطبی در زحل که توسط فضاپیمای کاسینی ناسا مشاهده شده‌اند، در قطب شمال به شکل شش‌ضلعی و در قطب جنوب بیشتر گرد هستند. این تفاوت‌ها به دانشمندان سرنخ‌هایی درباره ترکیب و دینامیک جو هر سیاره می‌دهد.

گرداب‌های قطبی همچنین در مریخ، زهره، اورانوس، نپتون و ماه زحل، تیتان، مشاهده شده‌اند، بنابراین به نوعی، این که خورشید (که خود نیز یک جسم چرخان در میان یک مایع است) چنین ویژگی‌هایی داشته باشد، ممکن است منطقی باشد. اما خورشید همچنین از سیارات و ماه‌هایی که جو دارند، به طور بنیادی متفاوت است: “مایع” پلاسما که دور خورشید را احاطه کرده، دارای خاصیت مغناطیسی است. اینکه این مغناطیس چگونه ممکن است بر شکل‌گیری و تکامل گرداب‌های قطبی خورشید تأثیر بگذارد یا اینکه آیا اصلاً تشکیل می‌شوند یا نه، یک معما است زیرا بشر هرگز مأموریتی به فضا ارسال نکرده که بتواند قطب‌های خورشید را مشاهده کند.

مشاهدات ما از خورشید و چالش‌های آن

در واقع، مشاهدات ما از خورشید محدود به نمایی از رویه خورشید است که به سمت زمین قرار دارد و تنها نشانه‌هایی از آنچه ممکن است در قطب‌ها در حال وقوع باشد، ارائه می‌دهد.

حلقه‌ای از گردابه‌ها مرتبط با چرخه خورشیدی

از آنجا که ما هرگز قطب‌های خورشید را مشاهده نکرده‌ایم، تیم علمی به مدل‌های کامپیوتری متکی بوده است تا اطلاعاتی درباره گردابه‌های قطبی خورشید به دست آورد. آن‌ها دریافتند که خورشید احتمالاً الگوی منحصر به فردی از گردابه‌های قطبی دارد که با پیشرفت چرخه خورشیدی تغییر می‌کند و به شدت هر چرخه خاص بستگی دارد.

در شبیه‌سازی‌ها، حلقه‌ای فشرده از گردابه‌های قطبی در حدود ۵۵ درجه عرض جغرافیایی شکل می‌گیرد، معادل دایره قطبی شمالی زمین، و همزمان با پدیده‌ای به نام “شتاب به سمت قطب‌ها” آغاز می‌شود. در اوج هر چرخه خورشیدی، میدان مغناطیسی در قطب‌های خورشید ناپدید می‌شود و با میدان مغناطیسی با قطبیت معکوس جایگزین می‌گردد. این تغییر پیش از “شتاب به سمت قطب‌ها” رخ می‌دهد، زمانی که میدان با قطبیت معکوس از حدود ۵۵ درجه به سمت قطب‌ها حرکت می‌کند.

پس از شکل‌گیری، گردابه‌ها به سمت قطب‌ها در یک حلقه فشرده حرکت می‌کنند و در حین بسته شدن دایره، گردابه‌هایی را آزاد می‌کنند. در نهایت، تنها یک جفت گردابه در نزدیکی قطب‌ها باقی می‌ماند که قبل از ناپدید شدن کامل در اوج خورشیدی، در کنار هم قرار می‌گیرند. تعداد گردابه‌هایی که شکل می‌گیرند و پیکربندی آن‌ها در حین حرکت به سمت قطب‌ها با شدت چرخه خورشیدی تغییر می‌کند.

شبیه‌سازی‌ها و پاسخ به سوالات بنیادی

این شبیه‌سازی‌ها یک قطعه گمشده از معما را در مورد رفتار میدان مغناطیسی خورشید در نزدیکی قطب‌ها ارائه می‌دهند و ممکن است به پاسخ برخی سوالات بنیادی درباره چرخه‌های خورشیدی کمک کنند. به عنوان مثال، در گذشته بسیاری از دانشمندان از شدت میدان مغناطیسی که به سمت قطب‌ها “شتاب می‌گیرد”، به عنوان معیاری برای پیش‌بینی شدت چرخه خورشیدی آینده استفاده کرده‌اند. اما مکانیزم ارتباط این موارد، اگر اصلاً وجود داشته باشد، مشخص نیست.

شبیه‌سازی‌ها همچنین اطلاعاتی را ارائه می‌دهند که ممکن است برای برنامه‌ریزی مأموریت‌های آینده در زمینه مشاهده خورشید مفید باشد. به طور خاص، نتایج نشان می‌دهند که نوعی از گردابه‌های قطبی باید در تمام مراحل چرخه خورشیدی قابل مشاهده باشند، به جز در حین اوج خورشیدی. اسکات مک‌اینتاش، معاون عملیات فضایی شرکت Lynker و یکی از نویسندگان مقاله، گفت: “شما می‌توانید یک مأموریت خورشیدی راه‌اندازی کنید و ممکن است در زمان کاملاً نادرستی به قطب‌ها برسید.”

مأموریت Solar Orbiter، یک همکاری بین ناسا و آژانس فضایی اروپا، می‌تواند به محققان اولین نگاه به قطب‌های خورشید را ارائه دهد، اما این نگاه نزدیک به اوج خورشیدی خواهد بود. نویسندگان اشاره می‌کنند که مأموریتی که برای مشاهده قطب‌ها طراحی شده و به محققان دیدگاه‌های چندگانه و همزمانی از خورشید می‌دهد، می‌تواند به آن‌ها در پاسخ به بسیاری از سوالات دیرینه درباره میدان‌های مغناطیسی خورشید کمک کند. مک‌اینتاش گفت: “مرز مفهومی ما اکنون این است که ما تنها با یک دیدگاه کار می‌کنیم. برای پیشرفت قابل توجه، باید مشاهداتی داشته باشیم که نیاز داریم تا فرضیات خود را آزمایش کنیم و تأیید کنیم که آیا شبیه‌سازی‌هایی مانند این درست هستند یا خیر.”