نگاهی نو به آنچه شراره‌های خورشیدی را تغذیه می‌کند

بخشی از این توجه به این دلیل است که این شراره‌ها می‌توانند برای حیات و تجهیزات در اطراف زمین، و در موارد حاد حتی روی خود زمین، خطرناک باشند. اما دلیل دیگر، پیچیدگی شگفت‌انگیز آن‌هاست. مقاله‌ای جدید از پرادیپ چیتا (Pradeep Chitta) از موسسه ماکس پلانک برای تحقیقات سیستم خورشیدی و همکارانش، که در جدیدترین شماره مجله «ستاره‌شناسی و اخترفیزیک» (Astronomy & Astrophysics) منتشر شده است، با استفاده از داده‌های جمع‌آوری شده توسط فضاپیمای «سولار اربیتر» (Solar Orbiter) سازمان فضایی اروپا (ESA)، فرآیند تشکیل یک شراره خورشیدی عظیم را بررسی کرده است. آن‌ها کشف کردند که مدل سنتی که برای توصیف نحوه تشکیل شراره‌های خورشیدی استفاده می‌شده، دقیق نیست و بهتر است این شراره‌ها ناشی از «بهمن‌های مغناطیسی» مینیاتوری در نظر گرفته شوند.

در تاریخ ۳۰ سپتامبر ۲۰۲۴، فضاپیمای سولار اربیتر در حال مشاهده بخش خاصی از خورشید بود که در نهایت یک شراره خورشیدی در آن شکل گرفت. اولین نشانه از وقوع چیزی، حدود ۳۰ دقیقه قبل از خود شکل‌گیری شراره رخ داد. «تصویربردار با وضوح بالا» (High-Resolution Imager) مربوط به تلسکوپ EUI درون فضاپیما، رویدادهای «بی‌رحمانه» و ضعیف اتصال مجدد مغناطیسی را در آن بخش خاص از تاج خورشید شناسایی کرد.

دوربین روی چرخه ثبت ۲ ثانیه‌ای تنظیم شده بود و هر دو ثانیه، رشته‌های مغناطیسی جدیدی از پلاسما شروع به شکل‌گیری و محو شدن می‌کردند. رشته‌ها همچنین به نظر می‌رسید که به سرعت در هم می‌پیچیدند و باز می‌شدند، و این چیزی بود که فیزیکدانان خورشید مدت‌ها بود آن را «طناب» می‌نامیدند. اما حداقل در این مرحله، فقدان قابل توجهی از ذرات پرانرژی که توسط یکی دیگر از ابزارهای موجود در فضاپیما – STIX، یک ناظر پرتو ایکس سخت – شناسایی شده بود، وجود داشت. به عبارت دیگر، هنوز شراره‌ای شکل نگرفته بود.

با گذشت زمان و ادامه مشاهده توسط سولار اربیتر، رشته‌های مغناطیسی شروع به افزایش انرژی کردند و به چیزی کرد که نویسندگان آن را «بحران خودسازمان‌ده» (Self-Organized Criticality) می‌نامند. به عنوان یک مثال، به یک توده شن فکر کنید. شما می‌توانید دانه به دانه تپه شن را بسازید، تا اینکه در نهایت به نقطه‌ای می‌رسد که یک دانه دیگر (یا در این حالت، تنش مغناطیسی) باعث یک ریزش کوچک در یکی از طرفین می‌شود، که این ریزش باعث لغزش در تکه‌های مجاور شن می‌شود و در نهایت منجر به یک بهمن و فروپاشی تپه شن می‌گردد.

چیزی مشابه به نظر می‌رسد برای این «طناب‌های» مغناطیسی پلاسما رخ می‌دهد. پس از اینکه انرژی کافی در آن منطقه به شکل رشته‌های مغناطیسی متصل ذخیره شد، یک گسست خاص، که تفاوتی با گسست‌هایی که تمام مدت در حال رخ دادن بودند نداشت، باعث فروپاشی طناب شار اصلی (flux rope) می‌شود که این امر سپس باعث فوران یک شراره خورشیدی می‌گردد. به طور سنتی، مدل برای این فرآیند شامل یک «برگه جریان» (current sheet) است که در آن خطوط میدان مغناطیسی کشیده شده در پشت طناب شار برای اتصال مجدد مغناطیسی دوباره به پایین سقوط می‌کنند. تصور می‌شد که این اتصال مجدد مکانی باشد که انرژی نیروبخش شراره در آن آزاد می‌شود. مطالعه جدید نشان می‌دهد که بهمن رشته‌های کوچک و منفرد که در داخل خود طناب می‌شکنند، دوباره متصل می‌شوند، که این امر باعث بهمن و در نتیجه آزاد شدن انرژی نیروبخش شراره می‌شود.

هنگامی که شراره شکل گرفت، داده‌های جدید سولار اربیتر پدیده جالب دیگری را به نمایش گذاشت – توده‌های پلاسمایی که شبیه باران به نظر می‌رسیدند. زمانی که شراره رخ داد، خطوطی مارمانند روی سطح خورشید به نام «نوارهای شراره» (flare ribbons) ایجاد کرد که در داده‌های سولار اربیتر به وضوح قابل مشاهده بودند. اما از آنجا که این داده‌ها وضوح بسیار بالاتری نسبت به مشاهدات قبلی از یک شراره داشتند، آن‌ها همچنین توانستند نقاط کوچک و فوق‌العاده درخشانی را ببینند که در امتداد حلقه‌های مغناطیسی تشکیل‌دهنده طناب به پایین حرکت می‌کردند و به نوارها برخورد می‌کردند. آن‌ها شبیه قطرات باران درخشان به نظر می‌رسیدند، اما فقط چند ثانیه دوام داشتند و در لبه‌ی آنچه اربیتر می‌توانست تشخیص دهد بودند – تنها چند صد کیلومتر عرض.

به جای تکه‌های فیزیکی پلاسما که به سطح خورشید برمی‌گردند، مقاله به این نتیجه می‌رسد که این‌ها در واقع «مناطق برخورد» ذرات پرانرژی هستند که توسط قطعیت‌های مغناطیسی که در بالا اتفاق می‌افتد، به پایین پرتاب می‌شوند. بنابراین به جای یک توده ماده فیزیکی، این‌ها در واقع انفجارهای موضعی گرما و نور هستند که الکترون‌های پرانرژی پس از هل دادن به جلو توسط هرج و مرج مغناطیسی که در بالا جریان دارد، به سطح خورشید برخورد می‌کنند.

یک نکته خاص از آن بخش آخر نشان می‌دهد که ما چقدر چیزهای بیشتری برای یادگیری در مورد فرآیندهای روی خورشید داریم. سولار اربیتر، که یکی از قدرتمندترین سکوهای مشاهده خورشید ماست، هنوز فقط قادر است ویژگی‌هایی را در مقیاس صدها کیلومتر تشخیص دهد. این فضای زیادی را برای بهبود ویژگی‌های ریزتر در همسایه ستاره‌ای عظیم ما باقی می‌گذارد و نویسندگان اذعان دارند که داده‌های بیشتری مورد نیاز است تا واقعاً ردیابی کنند که چگونه این چرخه‌های قطع و اتصال مجدد واقعاً باعث فرآیند بهمن می‌شوند. اما حداقل برای اکنون، درک ما از فیزیک خورشید به لطف یک مجموعه داده فوق‌العاده و دانشمندان و مهندسانی که موفق به جمع‌آوری و تحلیل آن شدند، گام دیگری به جلو برداشته است.