کشف درون خورشید و طوفان‌های خورشیدی با هلیوسیسمولوژی

به گزارش مجله خبری نگار،پیش‌بینی شده بود که چرخه خورشیدی ۲۵، چرخه فعلی خورشید، نسبتاً ضعیف باشد و تعداد لکه‌های خورشیدی نیز این پیش‌بینی را تأیید می‌کرد.

اما این شمارش‌ها فقط سطح خورشید را نشان می‌دهند. اکنون یک شبکه جهانی متشکل از شش تلسکوپ که نزدیک به ۴۰ سال به درون خورشید «گوش داده‌اند»، اطلاعاتی را در اختیار پژوهشگران قرار داده که کاملاً با آنچه از سطح خورشید دیده می‌شد متفاوت است.

گوش دادن به درون خورشید با هلیوسیسمولوژی

دانشمندان برای شنود امواج صوتی درون خورشید اصطلاحی تخصصی دارند: هلیوسیسمولوژی.

این امواج در داخل خورشید به دام می‌افتند. هنگامی که فعالیت مغناطیسی خورشید افزایش می‌یابد، فرکانس این ارتعاشات نیز بیشتر می‌شود و پس از آرام شدن شرایط دوباره کاهش پیدا می‌کند.

بیل چاپلین، استاد دانشگاه بیرمنگام، رهبری یک تیم بین‌المللی را بر عهده داشت که تقریباً ۴۰ سال داده‌های شنیداری خورشید را بررسی کردند.

ثبت این داده‌ها توسط شش تلسکوپ مستقر در نقاط مختلف جهان انجام شده و بازه زمانی ۱۹۸۷ تا ۲۰۲۵ را پوشش می‌دهد.

این ابزار‌ها شبکه‌ای به نام BiSON را تشکیل می‌دهند که تاکنون چهار چرخه کامل خورشیدی را ثبت کرده است. هر دوره افزایش و کاهش فعالیت خورشید در تغییرات این ارتعاشات منعکس می‌شود.

آنچه سطح خورشید نشان می‌دهد

رایج‌ترین روش برای سنجش فعالیت خورشید بر مشاهدات مستقیم متکی است. شمارش لکه‌های خورشیدی، یعنی نواحی تاریک و خنک‌تر که میدان‌های مغناطیسی در آنها متمرکز می‌شوند، قدیمی‌ترین روش اندازه‌گیری به شمار می‌رود. اندازه‌گیری خروجی امواج رادیویی خورشید نیز در کنار آن استفاده می‌شود.

ستاره‌شناسان قرن‌ها است تعداد لکه‌های خورشیدی را ثبت می‌کنند و این شاخص مدت‌ها معیار اصلی سنجش میزان فعالیت خورشید بوده است. بر اساس این معیار، چرخه فعلی یعنی بیست‌وپنجمین چرخه ثبت‌شده، چرخه‌ای نسبتاً ضعیف محسوب می‌شود.

در اوج فعالیت این چرخه، تعداد لکه‌های خورشیدی حدود ۲۵ درصد کمتر از چرخه قدرتمند اواخر دهه ۱۹۸۰ و اوایل دهه ۱۹۹۰ بود. بر اساس داده‌های سطحی، به نظر می‌رسید خورشید آرام‌تر شده است.

بررسی چرخه‌های خورشیدی از اعماق تا سطح

برای مطالعه لایه‌های مختلف خورشید، پژوهشگران ارتعاشات ثبت‌شده را به سه دسته فرکانس پایین، متوسط و بالا تقسیم کردند.

امواج با فرکانس پایین پیش از بازگشت، به اعماق بیشتری نفوذ می‌کنند. در مقابل، امواج با فرکانس بالا فقط لایه‌های نازک نزدیک سطح خورشید را بررسی می‌کنند.

امواج کم‌فرکانس پیش‌تر نیز داستانی عجیب را آشکار کرده بودند. از حدود اواسط دهه ۲۰۰۰، این امواج دیگر مانند گذشته با تعداد لکه‌های خورشیدی همبستگی نداشتند؛ موضوعی که گروه چاپلین در تحقیقات قبلی خود نیز به آن اشاره کرده بود. این ناهماهنگی همچنان ادامه دارد.

اگر این پدیده فقط در امواج عمیق دیده می‌شد، شاید اهمیت چندانی نداشت. اما این بار شرایط متفاوت بود.

شگفتی اصلی در بالاترین فرکانس‌ها رخ داد؛ جایی که هیچ‌کس انتظار تغییر قابل توجهی را نداشت.

شگفتی بزرگ در فرکانس‌های بالا

نتیجه‌ای که پژوهشگران را متوقف کرد این بود که در فرکانس‌های بالا، چرخه فعلی خورشید بسیار قوی‌تر از چیزی به نظر می‌رسد که تعداد لکه‌های خورشیدی نشان می‌دهد.

بر اساس این معیار، خورشید تقریباً به اندازه چرخه‌های قدرتمند دهه ۱۹۹۰ فعال به نظر می‌رسد.

این اختلاف چشمگیر است. پیش‌بینی‌ها این چرخه را پایین‌تر از میانگین ارزیابی کرده بودند و تعداد لکه‌های خورشیدی نیز آن را نسبتاً آرام نشان می‌داد. اما داده‌های لرزه‌ای با فرکانس بالا آن را در رده قدرتمندترین چرخه‌ها قرار می‌دهند.

چاپلین می‌گوید: «این نخستین کشف از این نوع است و بدون مشاهدات بلندمدت BiSON امکان‌پذیر نبود.»

پیش از این هیچ‌کس چنین الگویی را مشاهده نکرده بود. این یافته نشانه روشنی است از اینکه خورشید در حال تغییراتی است که از روی سطح آن قابل تشخیص نیست.

انتقال فعالیت مغناطیسی به نزدیکی سطح خورشید.

اما چرا فرکانس‌های بالا تقویت شده‌اند، در حالی که نشانه‌های عمیق‌تر ضعیف‌تر شده‌اند؟ پاسخ در محل وقوع این تغییرات نهفته است.

فرکانس‌های بالا فقط لایه‌ای نزدیک به سطح خورشید را تا عمقی حدود ۹۶۰ کیلومتر بررسی می‌کنند، در حالی که فرکانس‌های پایین تغییرات بسیار عمیق‌تر را احساس می‌کنند.

مجموع این داده‌ها نشان می‌دهد فرآیند‌های مسئول چرخه‌های خورشیدی به مرور به سطح نزدیک‌تر شده‌اند. دهه‌ها پیش این فعالیت‌ها در اعماق بیشتری رخ می‌دادند، اما اکنون به نظر می‌رسد در لایه‌ای نازک نزدیک سطح متمرکز شده‌اند.

ساربانی باسو، استاد دانشگاه ییل، می‌گوید: «این روند را نمی‌توان صرفاً با ضعیف‌تر شدن میدان‌های مغناطیسی توضیح داد.»

از دیدگاه باسو، خورشید در حال بازآرایی محل ذخیره فعالیت مغناطیسی خود در زیر سطح است و موضوع فراتر از کاهش ساده قدرت مغناطیسی محسوب می‌شود.

اهمیت این کشف برای پیش‌بینی طوفان‌های خورشیدی

فعالیت‌های شدید خورشید فقط باعث شکل‌گیری شفق‌های قطبی زیبا نمی‌شوند. فوران‌های بزرگ خورشیدی ذرات باردار را به سمت زمین پرتاب می‌کنند و آب‌وهوای فضایی حاصل از آن می‌تواند سامانه‌هایی را که به آنها وابسته هستیم مختل کند؛ از ماهواره‌ها و ارتباطات رادیویی گرفته تا GPS و شبکه‌های برق.

پیش‌بینی این طوفان‌ها به درک درست میزان فعالیت خورشید وابسته است. اگر تعداد لکه‌های خورشیدی قدرت واقعی فعالیت‌های پنهان در زیر سطح را کمتر از واقعیت نشان دهد، سامانه‌های هشدار ممکن است در برابر خورشیدی که آرام به نظر می‌رسد، اما در واقع فعال است غافلگیر شوند.

این تفاوت میان آنچه می‌بینیم و آنچه می‌شنویم، مهم‌ترین دستاورد علمی گوش دادن به درون خورشید است. اکنون مشخص شده که مشاهدات سطحی می‌توانند به همان اندازه که اطلاعات ارائه می‌دهند، برخی واقعیت‌ها را نیز پنهان کنند.

چرخه بعدی خورشید چه چیزی را آشکار خواهد کرد؟

برای نخستین بار دانشمندان شواهدی در اختیار دارند که نشان می‌دهد فعالیت مغناطیسی خورشید به‌طور فزاینده‌ای در یک لایه نازک نزدیک سطح متمرکز می‌شود؛ تغییری که دهه‌ها شمارش لکه‌های خورشیدی موفق به آشکار کردن آن نشده بود.

پیامد بلندمدت این تحول هنوز مشخص نیست. پژوهشگران قصد دارند در چرخه‌های آینده نیز به «شنیدن» خورشید ادامه دهند تا مشخص شود این پدیده یک مرحله موقتی است یا بخشی از یک روند طولانی‌مدت چند دهه‌ای.

اگر این روند ادامه پیدا کند، ممکن است خورشید وارد الگوی رفتاری جدیدی شده باشد؛ الگویی که فقط امواج صوتی درون آن قادر به آشکار کردنش هستند. هرچه این سیگنال‌ها را دقیق‌تر تفسیر کنیم، احتمال پیش‌بینی به‌موقع طوفان‌های خورشیدی نیز بیشتر خواهد شد.

نتیجه‌گیری

کشف جدید درباره درون خورشید نشان می‌دهد تصویر واقعی فعالیت خورشیدی پیچیده‌تر از آن چیزی است که از روی لکه‌های خورشیدی دیده می‌شود. هلیوسیسمولوژی اکنون پنجره‌ای تازه به ساختار داخلی خورشید گشوده و می‌تواند در آینده به بهبود پیش‌بینی طوفان‌های خورشیدی کمک کند.

منبع: فوت وفن