در «تابستان خورشیدی» که همان حداکثر خورشیدی یا Solar Maximum نامیده میشود، ستارهی ما به طرز چشمگیری فعالتر میشود. لکههای خورشیدی تاریک روی سطح آن ظاهر میشوند و شرارههای عظیم و پرانرژی به فضا پرتاب میکند. این طوفانهای خورشیدی ذرات باردار را در سراسر منظومه شمسی میفرستند و نمایشهای شگفتانگیز شفقهای قطبی را به وجود میآورند. در حال حاضر ما دقیقاً در همین مرحلهی اوج فعالیت خورشیدی قرار داریم و به نظر میرسد که چرخهی خورشیدی شماره ۲۵ در سال ۲۰۲۴ به بیشینهی خود رسیده باشد.
در مقابل، «زمستان خورشیدی» دورهای آرامتر را به همراه دارد. در این زمان، لکههای خورشیدی کمتر میشوند و طوفانهای خورشیدی به حداقل میرسند. این الگوی یازدهساله برای چندین دهه دانشمندان را گیج کرده است، زیرا خورشید ما در نگاه نخست به نظر میرسید در میان ستارگان مشابه خود یک استثناست. دیگر ستارگان همرده با خورشید، چرخههای مغناطیسی بسیار کوتاهتر یا به مراتب طولانیتر از ۱۱ سال داشتند و همین باعث شده بود خورشید همچون یک «غریبهی کیهانی» به نظر برسد.
نیروی محرکهی چرخهی ۱۱ سالهی مغناطیسی خورشید در اعماق درون آن نهفته است؛ فرآیندی که دیناموی خورشیدی نام دارد. برخلاف زمین که بهعنوان یک جسم جامد به صورت یکپارچه میچرخد، خورشید تودهای از پلاسماست که در آن استوای خورشید سریعتر از قطبین آن میچرخد؛ پدیدهای که آن را چرخش تفاضلی یا Differential Rotation مینامند. این چرخش نامنظم، همراه با حرکتهای همرفتی و جوشش پلاسماهای داغی که از ژرفای هستهی خورشید به سطح آن میرسند، همانند یک ژنراتور عظیم میدان مغناطیسی عمل میکند.
هنگامی که خورشید میچرخد، خطوط میدان مغناطیسی آن در هم میپیچند و پیچیدهتر میشوند. انرژی مغناطیسی در این فرآیند انباشته میشود تا زمانی که ناگهان خطوط میدان شکسته شده و دوباره به هم متصل میشوند. این بازاتصالهای مغناطیسی منجر به رویدادهای انفجاری همچون شرارههای خورشیدی میگردند. در طی حدود ۱۱ سال، کل میدان مغناطیسی خورشید بازآرایی میشود، قطب شمال و جنوب مغناطیسی جای خود را عوض میکنند و چرخهای نو آغاز میگردد.
این فرآیند بنیادی همان چیزی است که پژوهشگران دانشگاه مککواری، دانشگاه نیو ساوت ولز و آکادمی علوم چین درصدد بررسی آن در میان ستارگان مختلف بودهاند. یافتههای آنها یکی از فرضیات دیرینهی اخترفیزیک را به چالش کشید؛ اینکه چرخهی ۱۱ سالهی خورشید پدیدهای یگانه و منحصر به فرد است. پس از تجزیه و تحلیل دادههای ۱۳۸ ستاره مشابه خورشید و بررسی مشاهدات چندین تلسکوپ فضایی طی بیش از یک دهه، محققان دریافتند که رفتار خورشید ما چندان هم استثنایی نیست. بینش کلیدی از مطالعهی ستارگان در مراحل مختلف زندگی آنها به دست آمد.
دکتر چاوهال از دانشگاه مککواری توضیح میدهد:
«ما چندین ستارهی جوان شبیه خورشید یافتیم که چرخههای مغناطیسی مشابه خورشید دارند، اما این چرخهها کوتاهتر هستند. به نظر میرسد وقتی این ستارگان پیرتر میشوند و چرخششان کندتر میشود، چرخههایشان به چیزی شبیه چرخهی ۱۱ سالهی کنونی خورشید تکامل پیدا میکند.»
مطالعهی ستارگان در مراحل مختلف تکاملی شبیه به استفاده از یک ماشین زمان است. این کار به ما امکان میدهد نگاهی اجمالی به گذشته و آیندهی خورشید بیندازیم. ستارگان جوان و پرانرژی چرخههای مغناطیسی سریعتری دارند، اما با افزایش سن و کاهش سرعت چرخش، رفتار مغناطیسی آنها تغییر کرده و به چیزی تبدیل میشود که امروزه در خورشید میانسال ما میبینیم. این نتایج نشان میدهد که خورشید ما در گذشتههای دور، یعنی میلیاردها سال پیش، چرخههای مغناطیسی بسیار سریعتر و پرتکرارتری داشته است.
در دنیایی که ما روز به روز بیشتر به فناوری وابسته میشویم و مأموریتهای فضایی به مریخ و فراتر از آن را در چشمانداز داریم، شناخت چرخههای خورشیدی اهمیتی حیاتی پیدا میکند. طوفانهای خورشیدی میتوانند سامانههای GPS را مختل کنند، ارتباطات هوایی را دچار اختلال سازند و حتی شبکههای برق زمین را از کار بیندازند. خلبانانی که در مسیرهای قطبی پرواز میکنند، در زمان حداکثر خورشیدی در معرض دوز بالاتری از پرتوهای کیهانی قرار میگیرند و همین امر نیازمند برنامهریزی دقیق و نظارت مستمر بر پروازهاست. خطرات برای مسافران فضایی که از محیط محافظتی میدان مغناطیسی زمین دور میشوند، حتی جدیتر است.
نمایشهای باشکوه شفقهای قطبی که طی سال گذشته در عرضهای جغرافیایی غیرمعمولاً پایینتر مشاهده شدند، یادآوری چشمگیری از فاز فعال کنونی خورشید هستند. با این حال، این پدیدههای زیبا در آسمان، تنها جلوههای بیرونی فرآیندهای پیچیدهی مغناطیسی درون خورشیدند؛ فرآیندهایی که زمین را تحت تأثیر قرار میدهند و از ارتباطات ماهوارهای گرفته تا مسیر پرواز هواپیماها را در سراسر جهان دستخوش تغییر میکنند.
به این ترتیب، درک عمیقتر چرخهی مغناطیسی خورشید نهتنها برای علوم فضایی و اخترفیزیک، بلکه برای زندگی روزمرهی انسانها و زیرساختهای فناورانهی ما اهمیتی بنیادی دارد.