توصل باحثون بجامعة سانت أندروز في اسكتلندا إلى أن الجسيمات في الانفجارات الشمسية يمكن أن تصل حرارتها إلى 6.5 ضعف أكثر مما كان يعتقد في السابق، وهو ما يفتح الباب أمام حل لغز حير علماء الفيزياء الفلكية على مدى نصف قرن.
ولم تكتف الدراسة التي نشرتها دورية “The Astrophysical Journal Letters” بطرح أرقام جديدة بشأن حرارة الشمس، لكنها قدمت تفسيراً لسؤال ظل دون إجابة منذ السبعينيات بشأن طبيعة الخطوط الطيفية للانفجارات الشمسية.
والانفجارات الشمسية ظواهر عنيفة تقع في الغلاف الجوي الخارجي للشمس، إذ تنطلق طاقة هائلة تسخن أجزاء منه لتتجاوز 10 ملايين درجة مئوية.
وتزيد هذه الانفجارات بشكل كبير من الأشعة السينية والإشعاع الذي يصل إلى الأرض، ما يشكل خطراً على المركبات الفضائية ورواد الفضاء، كما يؤثر على طبقات الغلاف الجوي العليا لكوكب الأرض.
والخطوط الطيفية الواسعة التي تنتج عن الانفجارات الشمسية إشعاعات شديدة اللمعان تظهر عند أطوال موجية محددة في الضوء فوق البنفسجي الشديد والأشعة السينية.
وتبدو هذه الخطوط أعرض بكثير مما كان يتوقعه العلماء استناداً إلى النماذج التقليدية، ولعقود طويلة اعتبر التفسير الوحيد الممكن هو وجود اضطرابات عنيفة وحركات عشوائية داخل البلازما الشمسية، لكن هذا الافتراض ظل غير مرض، إذ لم يتمكن الباحثون من تحديد طبيعة هذا “الاضطراب” أو إثباته بوضوح.
ومع تراكم البيانات وعجز التفسيرات القديمة عن الصمود، بقيت هذه المسألة واحدة من أعقد الألغاز في فيزياء الشمس.
ووجد الفريق البحثي أن الأيونات، وهي الجسيمات المشحونة إيجابياً، وتشكل نصف البلازما الشمسية تقريبًا، ربما تصل حرارتها إلى أكثر من 60 مليون درجة، أي أعلى بكثير مما كان متوقعاً.
ويعني ارتفاع حرارة الأيونات إلى أكثر من 60 مليون درجة، أي أضعاف ما كان يعتقد سابقاً، يعني أن الانفجارات الشمسية أكثر عنفاً وتعقيداً من التصورات التقليدية؛ ما يعيد رسم صورة كيفية انتقال الطاقة داخل البلازما الشمسية، ويغير من التقديرات بشأن كمية الإشعاع والجسيمات المشحونة التي ربما تصل إلى الأرض.
ويمكن أن ينعكس ذلك على دقة التنبؤ بالعواصف الشمسية التي ربما تشكل خطراً على الأقمار الصناعية وأنظمة الاتصالات والملاحة وحتى شبكات الكهرباء الأرضية؛ كما أن الفهم الجديد يفتح آفاقاً لتطوير نماذج أكثر واقعية لديناميات الشمس، ما يساعد على تعزيز قدرة البشرية على الاستعداد لمخاطر الفضاء.
قاد البحث الدكتور ألكسندر راسل، الباحث بكلية الرياضيات والإحصاء في جامعة سانت أندروز، والذي أوضح أن الفريق استند إلى بيانات من مجالات بحثية أخرى ليكتشف أن الانفجارات الشمسية تسخن الأيونات بقوة أكبر من الإلكترونات.
وقال: “كنا متحمسين لاكتشافات حديثة تؤكد أن عملية تعرف باسم إعادة الاتصال المغناطيسي تسخن الأيونات بمعدل يزيد 6.5 مرة عن الإلكترونات. ويبدو أن هذه قاعدة كونية، فقد تم تأكيدها في الفضاء القريب من الأرض، وفي الرياح الشمسية، وكذلك في المحاكاة الحاسوبية. لكن لم يربط أحد هذه النتائج سابقًا بالانفجارات الشمسية”.
لطالما افترض علم الفيزياء الشمسية أن الأيونات والإلكترونات يجب أن تكون في درجة حرارة متساوية، لكن إعادة الحسابات بالاعتماد على بيانات حديثة أظهرت أن الفارق بين حرارتيهما يمكن أن يستمر عشرات الدقائق في مناطق مهمة من الانفجارات الشمسية، وبذلك أصبح بالإمكان للمرة الأولى التفكير في وجود أيونات بالغة السخونة داخل هذه الظواهر.
الانفجارات الشمسية.. لماذا تحدث؟
طبيعة الشمس: تتكون الشمس من بلازما شديدة السخونة، وهي غاز متأين يحتوي على جسيمات مشحونة مثل الإلكترونات والبروتونات.
المجال المغناطيسي: تتحرك البلازما باستمرار، ما يخلق مجالات مغناطيسية قوية ومعقدة حول سطح الشمس.
تراكم الطاقة: عند التواء خطوط المجال المغناطيسي وتشابكها، تتجمع كميات هائلة من الطاقة داخلها.
إعادة الاتصال المغناطيسي: يحدث أحياناً أن تنكسر هذه الخطوط، وتعاد إعادة ترتيبها في عملية تسمى “إعادة الاتصال المغناطيسي”.
تحرر الطاقة: أثناء هذه العملية، تتحرر الطاقة المخزنة بشكل مفاجئ على هيئة انفجار ضخم من الضوء والإشعاع والجسيمات عالية الطاقة.
النتيجة: يظهر ما يُعرف بالتوهج الشمسي، وقد يصاحبه اندفاع كتلي إكليلي، أي قذف سحب ضخمة من البلازما إلى الفضاء.
وتتوافق النتائج الجديدة مع قياسات اتساع الخطوط الطيفية للانفجارات الشمسية، وهو ما قد يحل لغزًا فلكيًا ظل دون إجابة منذ ما يقرب من 50 عامًا، فمنذ السبعينيات، ظل العلماء يتساءلون لماذا تظهر الخطوط الطيفية للانفجارات الشمسية، وهي انبعاثات ضوئية شديدة عند ألوان محددة في نطاق الأشعة فوق البنفسجية الشديدة والأشعة السينية، أعرض مما يُتوقع.
وكان التفسير السائد يُرجع ذلك إلى حركات مضطربة داخل البلازما، لكن هذا التفسير بدأ يفقد وزنه مع فشل الدراسات في تحديد طبيعة هذه الاضطرابات.
تقترح الدراسة الجديدة تغييراً جذرياً في زاوية النظر؛ فبدلاً من التركيز فقط على الاضطرابات، يمكن أن تكون حرارة الأيونات الفائقة هي المفتاح لفهم عرض هذه الخطوط الطيفية.
ولا يقتصر البحث على إعادة تقييم درجات الحرارة داخل الانفجارات الشمسية، بل يغير أيضاً الطريقة التي ينظر بها العلماء إلى واحدة من أكثر الألغاز إلحاحًا في فيزياء الشمس، مانحاً المجتمع العلمي تصوراً أكثر اكتمالاً ودقة عن ديناميكيات نجمنا الأقرب.
