العلماء يحددون نقطة “لا عودة” لجزيئات الرياح الشمسية.. مسبار Parker يكشف الحدود

تحديد هذا الحد يعيد تشكيل فهمنا لكيفية ارتباط الغلاف الجوي الخارجي للشمس بالاضطرابات التي قد تصل إلى الأرض، ويؤثر على عمل الأقمار الصناعية وأنظمة الراديو وشبكات الكهرباء، التي تقع في مسار الرياح الشمسية بعد هذا الحد.

الرياح الشمسية والتحكم المغناطيسي

وثّق كريستوفر كلاين من جامعة أريزونا مكان انتهاء تأثير المجال المغناطيسي للشمس على الجزيئات، باستخدام ملاحظات قريبة جدًا من الشمس من مسبار Parker ويؤكد الفريق أن هذا الحد متغير، إذ يتغير مع نشاط الشمس، مما يحدد بداية تطور الرياح الشمسية بشكل مستقل.

الدراسة منشورة في مجلة Geophysical Research Letters.

قياس منطقة الحد

الرياح الشمسية هي تيار مستمر من الجزيئات المشحونة، تتسارع حتى تصل إلى نقطة لا يمكن الرجوع عنه، أثناء مرور قياسي على ارتفاع 3.8 مليون ميل فوق سطح الشمس، أخذ المسبار عينات قبل وبعد هذا الحد، لتتبع سطح ألففين (Alfvén surface)، وهو الحدود التي تتوقف عندها الإشارات المغناطيسية عن توجيه تدفق الرياح.

سلوك الجزيئات غير المتوقع

اقتربت الجزيئات من هذا الحد دون توزيع حرارة متساوي، وشكلت سرعاتها تجمعات غير منتظمة بدل الانتشار السلس المعتاد. استخدم فريق كلاين توزيع السرعة كأداة أساسية لفهم الطاقة.

وأظهرت الدراسة أن تجاهل هذه التكتلات قد يغيّر معدلات تسخين الموجات المتوقعة حتى ثلاثة أضعاف، خصوصًا في البيئة القريبة من الشمس.

انتقال الطاقة عبر الموجات

ركز الفريق على الموجات الصغيرة التي تمر عبر البلازما، إذ يمكن لهذه الموجات نقل الطاقة بين الجزيئات، وعند تلاشي الموجات، تنتقل الطاقة إلى الجزيئات على شكل حرارة.

أظهر الفريق أن بعض الجزيئات تمتص طاقة الموجات، بينما يعيد البعض الآخر الطاقة إلى الموجات، ما يجعل تاريخ درجة حرارة الرياح أصعب في التنبؤ باستخدام النماذج البسيطة.

برنامج جديد لتعقب الجزيئات

لتجنب التخمين، طور الفريق برنامج ALPS (Arbitrary Linear Plasma Solver)، الذي يحسب نمو أو تلاشي الموجات بناءً على التوزيعات الفعلية للجزيئات، موضحًا أن تغييرات بسيطة في السرعات يمكن أن توجه الطاقة إلى مجموعات مختلفة من الجزيئات.

استمرار الحرارة في الرياح الشمسية

بينما تتوسع الرياح بعيدًا عن الشمس، توقعت الفيزياء البسيطة تبريدها بسرعة، لكن قياسات Parker أظهرت بقاء حرارة إضافية، بعض الجزيئات أعادت الطاقة إلى الموجات، مما ساعد على استمرارها لفترة أطول ونقل الحرارة والحركة لمسافات أبعد.

تحسين التنبؤات الفضائية

تعتمد التنبؤات الأفضل للطقس الفضائي على الظروف القريبة من الشمس. تغيرات التسخين ونشاط الموجات تؤثر على كثافة وسرعة الرياح، ما يحدد مسار سحب الجزيئات، هذه التفاصيل تساعد العلماء على نمذجة تحرك الانبعاثات الشمسية بدقة أكبر.

قال كلاين: “أحد الأسئلة المهمة التي نسعى للإجابة عليها هو كيف يتم تسخين الرياح الشمسية أثناء تسارعها من سطح الشمس”.

دروس تمتد إلى ما بعد شمسنا

سلوك الموجات والجزيئات المشحونة مشابه في العديد من البيئات الساخنة، مثل الغاز بين النجوم وأقراص التراكم والنجوم النيوترونية، لكن كل نظام له هيكل مغناطيسي مختلف، ما يستدعي قياسات جديدة قبل تعميم قواعد الشمس.

عدم اليقين في الرياح الشمسية

أجريت التحليلات على بعض المقاربات القريبة فقط، مع مستويات مختلفة من نشاط الموجات. ومع مرور المسبار عبر دورة شمسية كاملة (~11 عامًا)، ستصبح قدرة التنبؤ أفضل، بينما يبقى تصور التسخين القريب من الشمس هدفًا متحركًا.

تربط القياسات الجديدة بين الحد القريب من الشمس وأنماط السرعة المعقدة التي تتحكم في توزيع الطاقة، ما يمهد لتحسين النماذج المستقبلية إذا واصل ALPS مطابقة الملاحظات عبر الظروف المتغيرة.