این فناوری با اصلاح اعوجاج ناشی از جو زمین، امکان ثبت تصاویری استثنایی از سیارات، ستارگان و سایر اجرام آسمانی را فراهم میکند. اکنون، تیمی از رصدخانه ملی خورشیدی (NSO) با بهرهگیری از AO، در حال بررسی تاج خورشید (کرونا) با جزئیاتی بیسابقه است.
تاج خورشید، بیرونیترین لایه خورشید است که میلیونها کیلومتر در فضا گسترش یافته. نکتهای شگفتانگیز درباره آن، دمای بالاتر آن نسبت به لایه زیرین، یعنی فوتوسفر (photosphere) است. دانشمندان از این پدیده با عنوان «مسئله گرمشدن تاج خورشید» یاد میکنند.
تاج خورشید تحت تأثیر میدانهای مغناطیسی قدرتمند خورشید قرار دارد و منبع خروج جرم تاجی (CMEs) است؛ پدیدههایی که میتوانند با مغناطکره زمین برخورد کرده و منجر به شفقهای قطبی و طوفانهای ژئومغناطیسی شوند.
از آنجا که تاج خورشید نسبت به سطح آن کمنورتر است، مشاهده آن بسیار دشوار است. معمولاً در زمان کسوف کامل خورشیدی که ماه جلوی نور فوتوسفر را میگیرد، قابل مشاهده است. کورونوگرافهای فضایی مانند آنچه در کاوشگر خورشیدی پارکر وجود دارد نیز با شبیهسازی کسوف همین کار را انجام میدهند.
مشاهده تاج خورشید از روی زمین به دلیل آشفتگی جو دشوار است. فناوری اپتیک تطبیقی با استفاده از آینههای قابل تغییر و کنترلشونده توسط رایانه، این آشفتگیها را جبران میکند و تصاویر واضحی تولید مینماید. اکنون، پژوهشگران رصدخانه ملی خورشیدی آمریکا (NSO) و مؤسسه فناوری نیوجرسی (NJIT) سامانهای از AO را برای تلسکوپ خورشیدی Goode با آینهای به قطر ۱.۶ متر توسعه دادهاند تا بتوانند تاج خورشید را با دقت بالا و ساختارهای ریز آن مشاهده کنند.
این پژوهش در مقالهای با عنوان «مشاهده ساختارهای ریز تاج خورشیدی با اپتیک تطبیقی مرتبه بالا» در مجله Nature Astronomy منتشر شده است. دیرک اشمیت، دانشمند AO در NSO، نویسنده اصلی این مقاله است.
نویسندگان مینویسند:
«مشاهده ساختارهای ریز در تاج خورشید میتواند کلید درک فورانهای سریع و فرآیند گرم شدن تاج باشد.»
آنها توضیح میدهند که با وجود استفاده دو دههای از AO در تلسکوپهای بزرگ، تاکنون هیچکدام موفق به مشاهده تاج خورشید نشده بودند:
«ما در اینجا مشاهداتی با استفاده از اپتیک تطبیقی تاجی ارائه میدهیم که به حد پراش تلسکوپ ۱.۶ متری رسیده و جزئیات بسیار ریز تاج را آشکار کرده است.»
«اینها دقیقترین مشاهداتی هستند که تاکنون از این نوع انجام شدهاند؛ ویژگیهایی را نشان میدهند که پیش از این هرگز دیده نشدهاند، و هنوز مشخص نیست دقیقاً چه هستند.»
— واسیل یورچیشین، مرکز تحقیقات خورشیدی-زمین، NJIT
ساختارهایی مانند زَبانههای خورشیدی (prominences)، حلقهها و بارش تاجی، همگی از پلاسما تشکیل شدهاند. درک آنها نیازمند مشاهده جزئیات بسیار دقیق است. نویسندگان میپرسند:
«چگونه پلاسمای تاج خورشید به دمای میلیونها کلوین میرسد، در حالیکه سطح خورشید تنها ۶۰۰۰ کلوین است؟ فورانها چگونه و چه زمانی آغاز میشوند؟»
فناوری اپتیک تطبیقی متکی به حسگرهای موججبههای و الگوریتمهای پیشرفته است. این فناوری پیش از این برای فوتوسفر در دسترس بود، اما برای تاج نه — تا امروز.
دیرک اشمیت میگوید:
«آشفتگی جو تصاویر اجرام فضایی مثل خورشید را از طریق تلسکوپهای ما بهشدت کاهش میدهد؛ اما ما میتوانیم آن را اصلاح کنیم. بسیار هیجانانگیز است که ابزاری ساختهایم که خورشید را به شکلی کاملاً جدید به ما نشان میدهد.»
او میافزاید:
«این پیشرفت فناوری یک نقطه عطف است؛ وقتی وضوح تصویر را ۱۰ برابر افزایش میدهید، دنیایی تازه برای کشف پیش رویتان گشوده میشود.»
در یکی از ویدیوها، یک زبانهی دینامیکی با چرخش در مقیاس بزرگ در کنار بارش تاجی مشاهده میشود.
بارش تاجی (coronal rain) زمانی رخ میدهد که رشتههای پلاسما در تاج سرد شده و به سطح بازمیگردند.
توماس شاد، اخترشناس NSO، میگوید:
«قطرات بارش در تاج خورشید میتوانند قطری کمتر از ۲۰ کیلومتر داشته باشند. این یافتهها بینش رصدی ارزشمندی برای آزمون مدلهای رایانهای تاج خورشید فراهم میکنند.»
در ویدیو دیگری، یک زبانهی خاموش، چگال و سرد با جریانهای داخلی پیچیده دیده میشود. ویدیوی بعدی نیز بارش تاجی پس از یک شعلهافروزی را نشان میدهد. از آنجا که پلاسما بار دارد، در مسیر میدانهای مغناطیسی حرکت میکند نه در خط مستقیم. این تصاویر، بالاترین وضوح ثبتشده در تاریخ از تاج خورشید را دارند.
با وجود اینکه خورشید همیشه بالای سر ماست، هنوز چیزهای زیادی درباره آن نمیدانیم. مسئله گرمشدن تاج، یکی از معماهایی است که منتظر پاسخ است. دانشمندان امیدوارند که مشاهده ساختارهای ریز پلاسما سرنخهایی برای این پاسخ فراهم آورد.
اگرچه در گذشته از AO در تلسکوپهای خورشیدی استفاده شده، اما محدودیتهایی داشتهاند. آنها توانستند سطح خورشید را با دقت ۱۰۰۰ کیلومتر ببینند، اما تاج آن همچنان دور از دسترس بود. این محدودیت طی دههها بدون پیشرفت باقی ماند.
توماس ریمله، مدیر فنی NSO و سازنده اولین سیستم عملیاتی AO برای سطح خورشید، میگوید:
«سامانه جدید اپتیک تطبیقی تاجی، شکاف فناورانهای را که دههها وجود داشت، از میان برداشته و اکنون تصاویری با وضوح ۶۳ کیلومتر — یعنی حد نظری تلسکوپ Goode — ارائه میدهد.»
فیلیپ گود، از پژوهشگران NJIT-CSTR و همنویسنده مقاله، نیز میافزاید:
«این فناوری تحولآفرین است. احتمال دارد که در رصدخانههای سراسر جهان مورد استفاده قرار گیرد و زمینهساز دگرگونی در اخترفیزیک خورشیدی زمینی شود.»
تیم تحقیقاتی هماکنون در حال تلاش برای پیادهسازی این فناوری بر روی تلسکوپ خورشیدی Daniel K. Inouye در هاوایی هستند؛ تلسکوپی با آینه ۴ متری که بزرگترین تلسکوپ خورشیدی جهان است.
«با آغاز بهرهبرداری از اپتیک تطبیقی برای تاج خورشید، وارد عصری تازه در فیزیک خورشیدی شدهایم؛ عصری که نویدبخش اکتشافات بسیار در سالها و دهههای آینده است.»
