تحلیل جدید: یون های فوران خورشیدی ممکن است تا ~60 میلیون کلوین گرم شوند

یک تحلیل نظری اخیر نشان می‌دهد یون‌هایی که در فوران‌های خورشیدی رانده می‌شوند ممکن است به دماهایی بسیار بالاتر از برآوردهای قبلی گرم شوند و احتمالاً تا حدود 60 میلیون کلوین (تقریباً 60 میلیون درجهٔ سانتی‌گراد یا 108 میلیون درجهٔ فارنهایت) برسند. اگر این نتیجه تأیید شود، رویکرد محققان در تفسیر بودجهٔ انرژی فوران‌ها و مشاهدات دوردست خورشید نیاز به بازنگری خواهد داشت.

یک فوران خورشیدی عظیم که در مهٔ 2024 توسط رصدخانهٔ دینامیک خورشیدی ضبط شد، با تصویری از زمین برای مقیاس نمایش داده شده است. زمین در واقع آن‌قدر به خورشید نزدیک نیست. (NASA/SDO)

پیش‌زمینهٔ علمی: چرا دماها ممکن است متفاوت باشند

فوران‌های خورشیدی هنگامی پدید می‌آیند که خطوط مغناطیسی پیچ‌خورده در جو خورشید ناگهان بازاتصال پیدا کرده و مقادیر بزرگی از انرژی مغناطیسی را آزاد می‌کنند. آن انرژی ذرات را شتاب می‌دهد و پلاسما در جو خورشید را گرم می‌کند، و دماهایی بسیار بالاتر از سطح فتوسفر خورشید (≈5,500 ºC) و حتی کرونأ داغ (≈2 میلیون ºC) ایجاد می‌کند.

تشخیص‌های مرسوم فوران عمدتاً دما را از سیگنال‌های ناشی از الکترون‌ها استنتاج می‌کنند، مانند تابش پرتو ایکس و نسبت‌های خطوط طیفی. به طور تاریخی، فیزیک‌دانان خورشیدی فرض می‌کردند الکترون‌ها و یون‌ها سریعاً به تعادل حرارتی می‌رسند و دمای یکسانی دارند. تحلیل جدید با ترکیب اندازه‌گیری‌های مدرن، نتایج محاسباتی و یافته‌های اخیر از فضای نزدیک زمین و باد خورشیدی این فرض را بازبینی می‌کند.

نویسندهٔ اصلی، الکساندر راسل و همکارانش، از مقیاس‌بندی‌های به‌روزشدهٔ گرمایشِ بازاتصال استفاده کردند که نشان می‌دهد اتصال مجدد مغناطیسی می‌تواند به‌طور ترجیحی انرژی بیشتری به یون‌ها نسبت به الکترون‌ها منتقل کند. محاسبات آن‌ها نشان می‌دهد یون‌ها ممکن است حدود 6.5 برابر کارآمدتر گرم شوند، به‌طوری که دمای یون‌ها در پلاسمای فوران می‌تواند به ده‌ها میلیون کلوین برسد—در برخی مناطق احتمالاً تا حدود 60 میلیون کلوین.

پیامدها برای مشاهدات و هواشناسی فضایی

اگر یون‌های فوران به‌طور قابل توجهی داغ‌تر از الکترون‌ها باشند، چند پیامد مهم به دنبال خواهد داشت. اول، ویژگی‌های طیفی که به یک جزء دمایی واحد نسبت داده می‌شوند ممکن است نادرست تفسیر شوند و این می‌تواند توضیحی برای ناسازگاری‌های طولانی‌مدت در طیف‌های فوران باشد. دوم، برآوردهای کل انرژی فوران و کارایی شتاب‌دهی ذرات نیاز به بازنگری خواهند داشت. سوم، یون‌های داغ‌تر می‌توانند نحوهٔ فرار ذرات پرانرژی به هلیوسفر را تغییر دهند که پیامدهایی برای پیش‌بینی هواشناسی فضایی و ریسک تابشی برای ماهواره‌ها و فضانوردان دارد.

این یافته هنوز در چارچوب نظری باقی مانده است. نویسندگان اشاره می‌کنند که مشاهدات هدفمند و استراتژی‌های ابزارسازی می‌توانند این پیش‌بینی را آزمایش کنند: تصویرسازی طیفی با وضوح بالا (از ابزارهایی مانند SDO، Solar Orbiter، Parker Solar Probe و تلسکوپ‌های زمینی مانند DKIST) به همراه مدل‌سازی‌های اختصاصی می‌تواند به دنبال نشانه‌هایی از تفکیک دمایی یون-الکترون در فوران‌های ناشی از بازاتصال باشد.

دورنما و گام‌های بعدی

تأیید وجود یون‌های فوق‌داغ نیازمند مشاهدات هماهنگ‌شده و مدل‌سازی دقیق است که فیزیک بازاتصال را به تشخیص‌های طیفی متصل کند. اگر این نتیجه تایید شود، مدل‌های تقسیم‌بندی انرژی در فوران‌ها اصلاح خواهند شد و تفسیر رصدهای دوردست پدیده‌های پرانرژی خورشیدی بهبود می‌یابد. این تحلیل در نشریهٔ The Astrophysical Journal Letters منتشر شده است.

نتیجه‌گیری

محاسبات مبتنی بر بازاتصال جدید نشان می‌دهد یون‌ها در فوران‌های خورشیدی می‌توانند به دماهایی تا حدود ~60 میلیون ºC برسند که به‌طور قابل توجهی بالاتر از برآوردهای مبتنی بر الکترون است. این موضوع فرض‌های دیرینه دربارهٔ تعادل حرارتی در پلاسمای فوران را به چالش می‌کشد و ضرورت انجام مشاهدات هدفمند برای آشکارسازی اختلاف دمای یون-الکترون و بازبینی بودجهٔ انرژی فوران‌ها را نشان می‌دهد.

مطلب مرتبط

Read More

یک هوش مصنوعی جدید برای پیش بینی طوفان های خورشیدی

یک هوش مصنوعی جدید برای پیش‌بینی طوفان‌های خورشیدیشرکت‌های IBM و ناسا از «Surya» رونمایی کرده‌اند؛ یک...