ما هي الرياح الشمسية؟

Send

هذا هو مفهوم الفنان للمجال المغناطيسي العالمي للأرض ، مع صدمة القوس. تقع الأرض في منتصف الصورة ، محاطة بمجالها المغناطيسي ، ممثلة بخطوط أرجوانية. صدمة القوس هي الهلال الأزرق على اليمين. العديد من الجسيمات النشطة في الرياح الشمسية ، ممثلة في الذهب ، تنحرف عن طريق "الدرع" المغناطيسي للأرض.

(الصورة: © Walt Feimer (HTSI) / NASA / Goddard Space Flight Centre Conceptual Image Lab)

الرياح الشمسية تتدفق البلازما والجزيئات من الشمس إلى الفضاء. على الرغم من أن الرياح ثابتة ، فإن خصائصها ليست كذلك. ما الذي يسبب هذا التدفق وكيف يؤثر على الأرض؟

نجم عاصف

تبلغ درجة الاكليل ، وهي الطبقة الخارجية للشمس ، درجات حرارة تصل إلى 2 مليون درجة فهرنهايت (1.1 مليون درجة مئوية). في هذا المستوى ، لا تستطيع جاذبية الشمس التمسك بالجسيمات سريعة الحركة ، وهي تتدفق بعيدًا عن النجم.

يتحول نشاط الشمس على مدار دورة 11 عامًا ، مع تغير أرقام بقعة الشمس ومستويات الإشعاع والمواد المقذوفة بمرور الوقت. تؤثر هذه التعديلات على خصائص الرياح الشمسية ، بما في ذلك مجالها المغناطيسي وسرعتها ودرجة حرارتها وكثافتها. تختلف الريح أيضًا بناءً على مصدر الشمس ومدى سرعة دوران هذا الجزء.

سرعة الرياح الشمسية أعلى من الثقوب الإكليلية ، حيث تصل سرعتها إلى 500 ميل (800 كيلومتر) في الثانية. درجة الحرارة والكثافة على الثقوب الإكليلية منخفضة ، والمجال المغناطيسي ضعيف ، لذلك تكون خطوط المجال مفتوحة في الفضاء. تحدث هذه الثقوب في القطبين وخطوط العرض المنخفضة ، وتصل إلى أكبرها عندما يكون النشاط على الشمس عند الحد الأدنى. يمكن أن تصل درجات الحرارة في الرياح السريعة إلى ما يصل إلى مليون درجة فهرنهايت (800000 درجة مئوية).

في حزام الغاسل الإكليلي حول خط الاستواء ، تنتقل الرياح الشمسية ببطء أكثر ، بسرعة حوالي 200 ميل (300 كم) في الثانية. تصل درجات الحرارة في الرياح البطيئة إلى 2.9 مليون فهرنهايت (1.6 مليون درجة مئوية).

تتكون الشمس وغلافها الجوي من البلازما ، وهي مزيج من الجسيمات الموجبة والسالبة عند درجات حرارة عالية للغاية. ولكن عندما تغادر المادة الشمس ، وتحملها الرياح الشمسية ، فإنها تصبح أشبه بالغاز.

وقال كريج ديفوريست ، فيزيائي الطاقة الشمسية بمعهد ساوثويست للأبحاث في بولدر بولاية كولورادو في بيان: "عندما تذهب بعيدًا عن الشمس ، تنخفض قوة المجال المغناطيسي بشكل أسرع من ضغط المادة". "في النهاية ، تبدأ المادة بالتصرف أكثر مثل الغاز ، وأقل تشبه البلازما ذات الهيكل المغناطيسي."

تؤثر على الأرض

عندما تنتقل الرياح من الشمس ، تحمل جزيئات مشحونة وغيوم مغناطيسية. تنطلق بعض من الرياح الشمسية في جميع الاتجاهات باستمرار ، وتهدد كوكبنا باستمرار ، مع تأثيرات مثيرة للاهتمام.

إذا وصلت المادة التي تحملها الرياح الشمسية إلى سطح الكوكب ، فإن إشعاعها سيسبب أضرارًا بالغة لأي حياة قد تكون موجودة. يعمل المجال المغناطيسي للأرض كدرع ، يعيد توجيه المواد حول الكوكب بحيث يتدفق خلفه. تمتد قوة الرياح خارج المجال المغناطيسي بحيث يتم تلطيفه للداخل على جانب الشمس وتمتد على الجانب الليلي.

في بعض الأحيان تبصق الشمس دفقات كبيرة من البلازما تعرف باسم الكتل الاكليلية (CMEs) ، أو العواصف الشمسية. أكثر شيوعًا خلال الفترة النشطة من الدورة المعروفة باسم الحد الأقصى للطاقة الشمسية ، فإن CMEs لها تأثير أقوى من الرياح الشمسية القياسية. [صور: صور مذهلة من مشاعل الطاقة الشمسية والعواصف الشمسية]

تقول ناسا على موقعها على الإنترنت لمرصد العلاقات الأرضية الشمسية (ستريو): "الطردات الشمسية هي أقوى محركات الاتصال بين الشمس والأرض". "على الرغم من أهميتها ، لا يفهم العلماء تمامًا أصل وتطور CMEs ، ولا هيكلها أو مدىها في الفضاء بين الكواكب." تأمل بعثة STEREO في تغيير ذلك.

عندما تحمل الرياح الشمسية CMEs وغيرها من رشقات الإشعاع القوية في المجال المغناطيسي للكوكب ، يمكن أن تتسبب في ضغط المجال المغناطيسي على الجانب الخلفي معًا ، وهي عملية تعرف باسم إعادة الاتصال المغناطيسي. ثم تتدفق الجسيمات المشحونة نحو الأقطاب المغناطيسية للكوكب ، مما يتسبب في ظهور عروض جميلة تعرف باسم الشفق القطبي في الغلاف الجوي العلوي. [صور: مدهش أوروراس 2012]

على الرغم من أن بعض الأجسام محمية بمجال مغناطيسي ، إلا أن البعض الآخر يفتقر إلى حمايتها. قمر الأرض ليس لديه ما يحميها ، لذلك يتحمل العبء الأكبر. يحتوي كوكب عطارد ، وهو أقرب كوكب ، على مجال مغناطيسي يحميه من الرياح القياسية العادية ، ولكنه يأخذ القوة الكاملة للانفجارات الأكثر قوة مثل CMEs.

عندما تتفاعل تيارات السرعة العالية والمنخفضة مع بعضها البعض ، فإنها تخلق مناطق كثيفة تعرف باسم مناطق التفاعل المشترك (CIRs) التي تسبب العواصف المغنطيسية الأرضية عندما تتفاعل مع الغلاف الجوي للأرض.

يمكن أن تؤثر الرياح الشمسية والجسيمات المشحونة التي تحملها على الأقمار الصناعية للأرض وأنظمة تحديد المواقع العالمية (GPS). يمكن أن تدمر الرشقات القوية الأقمار الصناعية ، أو يمكن أن تدفع إشارات GPS لإيقاف تشغيلها بعشرات الأمتار.

تهب الرياح الشمسية جميع الكواكب في النظام الشمسي. واصلت مهمة نيو هورايزونز التابعة لناسا الكشف عنها أثناء انتقالها بين أورانوس وبلوتو.

وقالت هيذر إليوت ، عالمة الفضاء في SWRI في سان أنطونيو بولاية تكساس ، في بيان: "السرعة والكثافة معًا مع خروج الرياح الشمسية". "لكن الرياح لا تزال تسخن بسبب الضغط أثناء انتقالها ، لذا يمكنك رؤية دليل على نمط دوران الشمس في درجة الحرارة حتى في النظام الشمسي الخارجي.

دراسة الرياح الشمسية

لقد عرفنا عن الرياح الشمسية منذ الخمسينيات ، ولكن على الرغم من آثارها الواسعة على الأرض وعلى رواد الفضاء ، لا يزال العلماء لا يعرفون كيف تتطور. سعت عدة بعثات على مدى العقود القليلة الماضية إلى تفسير هذا اللغز.

انطلقت بعثة يوليسيس ، التي انطلقت في 6 أكتوبر 1990 ، الشمس في خطوط العرض المختلفة. وقياس الخصائص المختلفة للرياح الشمسية على مدى أكثر من اثنتي عشرة سنة.

يدور القمر الصناعي مستكشف التكوين المتقدم (ACE) في إحدى النقاط الخاصة بين الأرض والشمس والمعروفة باسم نقطة لاغرانج. في هذه المنطقة ، تسحب الجاذبية من الشمس والكوكب بشكل متساوٍ ، مما يبقي القمر الصناعي في مدار مستقر. تم إطلاق ACE في عام 1997 ، وهو يقيس الريح الشمسية ويوفر قياسات في الوقت الفعلي للتدفق المستمر للجسيمات.

تقوم المركبة الفضائية التوأم التابعة لناسا ، STEREO-A و STEREO-B بدراسة حافة الشمس لمعرفة كيفية ولادة الرياح الشمسية. ووفقًا لوكالة ناسا ، فإن STEREO التي تم إطلاقها في أكتوبر 2006 ، قدّمت "رؤية فريدة وثورية لنظام الشمس والأرض".

تأمل مهمة جديدة في تسليط الضوء على الشمس ورياحها الشمسية. يهدف مسبار باركر الشمسي التابع لناسا ، والمخطط لإطلاقه في صيف 2018 ، إلى "لمس الشمس". بعد عدة سنوات من دوران النجم عن كثب ، سيغرق المسبار في الهالة لأول مرة ، باستخدام مزيج من التصوير والقياسات لإحداث ثورة في فهم الهالة وزيادة فهم أصل وتطور الرياح الشمسية.

وقال نيكولا فوكس ، عالم مشروع مسبار باركر للطاقة الشمسية ، نيكولا فوكس ، من مختبر الفيزياء التطبيقية بجامعة جونز هوبكنز ، في بيان: "ستقوم مسبار باركر للطاقة الشمسية بالإجابة على أسئلة حول فيزياء الطاقة الشمسية التي حيرناها لأكثر من ستة عقود". "إنها مركبة فضائية محملة بالاختراقات التكنولوجية التي ستحل العديد من أكبر الألغاز حول نجمنا ، بما في ذلك معرفة سبب كون هالة الشمس أكثر سخونة من سطحها."

مصادر إضافية