5 دقیقه
اندازه‌گیری‌های نزدیک نشان‌دهنده دو جمعیت ذرهای متمایز
خورشید از زمین آرام به‌نظر می‌رسد، اما فضاپیماهایی که به ستاره نزدیک میشوند محیط بسیار پویاتری را نشان می‌دهند. تحلیل جدید اندازه‌گیری‌های درجا (in situ) از فضاپیمای Solar Orbiter سازمان فضایی اروپا نشان می‌دهد ذرات پرانرژی که در جریان فوران‌های خورشیدی شلیک میشوند به دو گروه متمایز با منشأ و رفتار حرکت متفاوت تقسیم میشوند. این یافتهها درک ما را از الکترونهای پرانرژی خورشیدی (SEEs) — جمعیتی از ذرات که در هواشناسی فضایی نقش دارند و می‌توانند ماهوارهها و فضانوردان را تهدید کنند — بهبود می‌بخشد.
«خورشید قدرتمندترین شتاب‌دهنده ذرات در منظومهٔ شمسی است»، پژوهشگران یادآور میشوند. با استفاده از دادههای Solar Orbiter که بین 2020 و 2022 جمع‌آوری شده، تیم بیش از 300 رویداد SEE را بررسی و یک جداسازی منظم را شناسایی کردند. یک رده — که به رویدادهای تکانشی (impulsive) شناخته میشود — ارتباط نزدیکی با آزادسازی‌های سریع و موضعی ذرات در طول پرتوهای خورشیدی دارد. ردهٔ دیگر — رویدادهای تدریجی (gradual) — با فوران‌های تاجی گسترده‌تر (CMEs) که موجی طولانی‌تر و پهنتر از ذرات را در زاویه‌های بزرگ‌تر تولید میکنند، همبستگی دارد.
مشخصات مأموریت و نقش تعیین‌کنندهٔ Solar Orbiter
Solar Orbiter در مداری بیضوی به دور خورشید می‌گردد که آن را تا حدود 42 میلیون کیلومتر به ستاره نزدیک میکند. این نزدیکی به ابزارهای فضاپیما امکان نمونه‌برداری از جریانهای الکترونی در وضعیتی نسبتاً بکر را می‌دهد، پیش از آنکه اثرات پراکندگی در طی پیمایش طولانی مسیر آنها را تغییر دهد. با ترکیب اندازه‌گیری‌های مستقیم درجا از ذرات و مشاهدات از دور از سطح و تاج خورشید، تیم توانست جریانهای مشخص ذرات را به فلرها یا CMEs تعیین‌کنندهٔ تولیدکنندهٔ آنها پیوند دهد.
تصویری از Solar Orbiter که انواع مختلف الکترونهای پرانرژی خورشیدی را اندازه‌گیری میکند. (ESA & NASA/Solar Orbiter/STIX & EPD)
نویسندهٔ اصلی الکساندر وارموث (Leibniz Institute for Astrophysics Potsdam, AIP) توضیح می‌دهد که تنها ترکیب نزدیکی، ابزارها و مواجهه‌های مکرر Solar Orbiter با رویدادهای ذرهای بود که به پژوهشگران اجازه داد این دو گروه را به‌وضوح تفکیک کنند. هم‌نویسنده فردریک شولر می‌افزاید که این نخستین باری است که دانشمندان چنین اتصال محکمی را بین جمعیت‌های ذرهای اندازه‌گیری‌شده درجا و رویدادهای منبع خورشیدی‌شان به‌طور مستقیم مشاهده میکنند.
تأثیرات پراکندگی، معماهای زمانی و پیامدهای کاربردی
یکی از مسائل دیرینه در هلیوفیزیک تفاوت‌های زمانی بین امضاهای الکترومغناطیسی در خورشید—مانند نور و فوران‌های رادیویی—و زمان تشخیص SEEs توسط فضاپیماها بوده است. تیم پژوهشی دریافت که این تأخیرهای ظاهری اغلب ناشی از تأخیر در آزادسازی ذرات نیستند، بلکه از نحوهٔ حرکت الکترونها در هلیوسفر متلاطم برمی‌خیزند. «الکترونها با آشفتگی برخورد میکنند، در جهات مختلف پراکنده میشوند و به همین دلیل فوراً آنها را تشخیص نمی‌دهیم»، می‌گوید هم‌نویسنده لاورا رودریگز-گارسیا. این فرایندهای پراکندگی و انتقال با افزایش فاصله از خورشید انباشته میشوند و زمان و گسترهٔ زاویۀ مشاهده‌شدهٔ رویدادهای ذرهای را تغییر می‌دهند.
یک فلر عظیم کلاس M7 که توسط رصدخانهٔ دینامیکی خورشیدی ناسا در 19 ژوئیهٔ 2012 ثبت شد. (NASA/Royal Observatory Belgium/SIDC)
درک منبع، زمانبندی و تکامل SEEs کاربرد عملی مستقیم دارد. دنیل مولر، دانشمند پروژهٔ Solar Orbiter در ESA، تأکید میکند که دانش دقیق‌تر دربارهٔ تولید و انتقال ذرات پرانرژی به بهبود پیش‌بینی‌های هواشناسی فضایی و کاهش ریسک برای فضاپیماها کمک میکند. به‌ویژه، تفکیک فوران‌های تکانشی مرتبط با فلر از جریانهای پهن‌ترِ ناشی از CME، امکان مدل‌سازی هدفمندتر قرارگیری در معرض تابش برای ماهوارهها و مأموریتهای انسانی را فراهم میآورد.
دیدگاه کارشناسان
دکتر النا پارک، فیزیک‌دان خورشیدی (وابستگی دانشگاهی)، اظهار میکند: «این تحلیل از منظر منحصربه‌فرد Solar Orbiter بهره می‌برد. اندازه‌گیری الکترونها نزدیک به منبعشان ابهام ناشی از پراکندگی هلیوسفری را کاهش می‌دهد. این وضوح به ما امکان می‌دهد امضاهای ذرهای را به دینامیک مشخص فلر یا CME پیوند دهیم—موردی که برای بهبود مدلهای پیشبینی هواشناسی فضایی حیاتی است و از دارایی‌های مداری و مأموریتهای سرنشین‌دار محافظت میکند.»
نتیجه‌گیری
مشاهدات نزدیک Solar Orbiter جداسازی آشکاری بین الکترونهای پرانرژی تکانشیِ مرتبط با فلر و جریانهای تدریجی‌تر مرتبط با CMEها را تأیید کرده است. با اندازه‌گیری SEEs به‌صورت درجا و همبستگی دادن آنها با رویدادهای منبع خورشیدی، پژوهشگران درک خود را از سازوکارهای شتاب‌دهی ذرات و فرایندهای انتقال که زمان رسیدن ذرات به فضاپیماها را تغییر می‌دهند، بهبود بخشیده‌اند. این بینش‌ها مدلهای هواشناسی فضایی را تصحیح و توانایی ما را برای حفاظت از ماهوارهها و کاوشگران انسانی در برابر خطرات تابش خورشیدی افزایش می‌دهد، و در حالی که Solar Orbiter به کاوش محیط نزدیک به خورشید ادامه می‌دهد، انتظار کشف‌های بیشتر می‌رود.
منبع: sciencealert
نظرات