الگوهای چرخشی روی سطح خورشید ممکن است توضیح دهند که چرا خطوط میدان مغناطیسی این ستاره تمایل دارند در هم تنیده شوند و دوباره به هم متصل شوند. فرایندی که به شکلگیری طوفانهای قدرتمند خورشیدی منجر میشود و شفقهای قطبی و دیگر پدیدههای جوی را در زمین ایجاد میکند.
دانشمندان تاکنون میدانستند که درهمتنیدگی خطوط میدان مغناطیسی عامل مستقیم شرارههای خورشیدی و فورانهای جرم تاج خورشیدی (CME) است، اما دلیل اصلی ایجاد این گرههای مغناطیسی همچنان ناشناخته باقی مانده بود.
تلسکوپ خورشیدی Daniel K. Inouye، یک تلسکوپ زمینی چهار متری واقع در جزیره مائویی هاوایی و قدرتمندترین تلسکوپ ساختهشده برای مطالعه خورشید، ابزار ایدهآلی برای بررسی این موضوع بود. این تلسکوپ همچنین ممکن است به حل یکی دیگر از معماهای قدیمی خورشید نیز کمک کرده باشد.
دمای هسته خورشید حدود ۱۵ میلیون درجه سانتیگراد است، در حالی که دمای سطح قابل مشاهده آن، یعنی ناحیهای که دیگر امکان مشاهده لایههای داخلی وجود ندارد، حدود ۵۵۰۰ درجه سانتیگراد است.
این موضوع منطقی به نظر میرسد، زیرا گرما در هسته و در نتیجه همجوشی هستهای هیدروژن تولید میشود. با این حال، انتظار میرود لایههای بیرونی خورشید که فراتر از سطح قرار دارند، حتی سردتر باشند، اما در واقع دمای تاج خورشیدی به چند میلیون درجه سانتیگراد میرسد.
در سالهای گذشته نظریههای مختلفی برای توضیح این پدیده مطرح شده بود، اما هیچکدام نتوانسته بودند پاسخ کاملاً قانعکنندهای ارائه دهند. به همین دلیل، پژوهشگران امیدوار بودند تصاویر بسیار دقیق تلسکوپ Inouye سرنخهای تازهای در اختیارشان قرار دهد؛ و اکنون به نظر میرسد این امید به نتیجه رسیده است.
فورانهای خورشیدی در نتیجه آزاد شدن حجم عظیمی از انرژی مغناطیسی رخ میدهند. دانشمندان معتقدند این انرژی زمانی آزاد میشود که خطوط میدان مغناطیسی پس از پیچیده شدن به دور یکدیگر، بهطور ناگهانی دوباره به هم متصل شوند.
اما علت این پیچخوردگی، که با نام «بافت شار مغناطیسی» (Flux Braiding) شناخته میشود، هنوز بهطور کامل مشخص نیست. اکنون پژوهشگران احتمال میدهند پدیدهای موسوم به «ناپایداری کلوین–هلمهولتز» (Kelvin-Helmholtz Instability) پاسخ این معما باشد. این پدیده نوعی آشفتگی و چرخش در مرز میان دو سیال ایجاد میکند.
اگرچه لرد کلوین و هرمان فون هلمهولتز این پدیده را ابتدا برای مایعاتی مانند آب دریاچهها و اقیانوسها توصیف کردند، اما امروزه مشاهده شده که این ناپایداری در گازها و حتی در باد خورشیدی هنگام برخورد با میدانهای مغناطیسی سیارات نیز رخ میدهد.
تصاویر ثبتشده توسط تلسکوپ Inouye الگوهایی را روی سطح خورشید نشان میدهند که شباهت زیادی به گردابههای ناشی از ناپایداری کلوین–هلمهولتز دارند. این الگوها از نظر ظاهری شبیه موجهای در حال شکستن اقیانوس یا تپههای شنی هستند.
آنچه با چشم انسان دیده نمیشود این است که این گردابههای پلاسما بهشدت مغناطیسی هستند. مشاهده این گردابهها در سراسر نواحی دارای میدان مغناطیسی قوی، احتمال نقش آنها در ایجاد پیچخوردگی خطوط میدان مغناطیسی را تقویت میکند.
تیمی به سرپرستی دکتر دیوید کوریدزه از رصدخانه ملی خورشیدی آمریکا با مقایسه تصاویر Inouye و شبیهسازیهای رایانهای دریافت که این ساختارهای گردابهای معمولاً با فاصله ۵۰ تا ۶۵ کیلومتر از یکدیگر و در لبه نواحی مغناطیسی ظاهر میشوند.
پژوهشگران نتیجهگیری کردند که دانههای همرفتی سطح خورشید با اندازهای بین ۵۰۰ تا ۲۰۰۰ کیلومتر با ساختارهای مغناطیسی تعامل میکنند و باعث میشوند لایههای پلاسما روی یکدیگر بلغزند. همین فرایند در نهایت ناپایداری کلوین–هلمهولتز را ایجاد میکند.
به گفته پژوهشگران، «تصاویر متوالی نشان میدهند که صحنه فعالیتهای خورشیدی بسیار پیچیدهتر و پویاتر از چیزی است که پیشتر تصور میشد.»
توضیحی برای گرمای اسرارآمیز تاج خورشید
دکتر توماس ریمله از رصدخانه ملی خورشیدی اعلام کرد که ناپایداری کلوین–هلمهولتز احتمالاً یکی از سازوکارهایی است که در گرم شدن جو بیرونی خورشید نقش دارد و میتواند بخشی از پاسخ معمای قدیمی داغ بودن تاج خورشید باشد؛ لایهای که دمای آن به میلیونها درجه کلوین میرسد.
این پدیده یکی از روشهای بسیار مؤثر انتقال جرم و انرژی محسوب میشود و دانشمندان معتقدند باعث مخلوط شدن پلاسمای مغناطیسی و غیرمغناطیسی میشود. این فرایند میتواند به گسترش میدانهای مغناطیسی در جو خورشید کمک کند و توضیح دهد که چرا تاج خورشیدی بسیار داغتر از سطح آن است.
دکتر دیوید کوریدزه نیز گفت:
«میدان مغناطیسی خورشید توسط فرایندهای دینامویی ایجاد میشود که مانند موتورهای عظیم کیهانی، انرژی چرخشی ستاره را به میدان مغناطیسی تبدیل میکنند. اما از آنجا که چرخه مغناطیسی خورشید تنها ۱۱ سال طول میکشد، شار مغناطیسی تولیدشده باید با سرعت زیادی پراکنده شود.»
او افزود:
«مدلهای فعلی در توضیح این انتشار سریع با مشکل مواجه هستند. ناپایداری کلوین–هلمهولتزی که در فوتوسفر خورشید کشف کردهایم، میتواند همان سازوکار گمشدهای باشد که این انتشار سریع میدان مغناطیسی را امکانپذیر میکند.»
دکتر فریدریش ووگر، دیگر پژوهشگر این مطالعه، نیز اظهار داشت:
«ما تازه در آغاز درک تأثیرات گسترده کشف ناپایداری کلوین–هلمهولتز بر شناخت ارتباط میان حرکت پلاسمای مغناطیسی، انتقال انرژی و آزاد شدن آن در لایههای بالایی جو خورشید هستیم.»
