کاوشگر پارکر راز گرمای مرموز خورشید را فاش کرد

کاوشگر خورشیدی پارکر ناسا بیش از هر زمان دیگری به خورشید نزدیک شده و نخستین نگاه مستقیم به جو متلاطم خورشیدی را ارائه کرده است. دانشمندان پدیده‌ای را کشف کرده‌اند که «سد پیچشی» (helicity barrier) نام دارد و باعث اختلال در نحوه تبدیل انرژی به گرما می‌شود؛ کشفی که معمای بزرگی را درباره اینکه چگونه تاج خورشیدی این‌چنین داغ می‌شود و باد خورشیدی شتاب می‌گیرد، حل می‌کند. این پیشرفت به توضیح این موضوع کمک می‌کند که چرا پروتون‌های باد خورشیدی داغ‌تر از الکترون‌ها هستند و همچنین ممکن است نشان دهد که انرژی در سایر پلاسمای دوردست کیهانی چگونه از بین می‌رود.

به گزارش ایسنا، جو خورشیدی، یا تاج خورشیدی، بسیار داغ‌تر از سطح خورشید است و این پارادوکسی است که دهه‌هاست دانشمندان را سردرگم کرده است. افزون بر این، خروج دائم پلاسما و میدان‌های مغناطیسی از خورشید، که به‌عنوان باد خورشیدی شناخته می‌شود، با سرعت‌هایی شگفت‌انگیز شتاب می‌گیرد. گمان می‌رود که «افت‌وپراکندگی آشفته» (turbulent dissipation) که فرایندی است که طی آن انرژی مکانیکی به گرما تبدیل می‌شود در هر دوی این پدیده‌ها نقشی اساسی ایفا کند. با این حال، در محیط نزدیک به خورشید، که در آن پلاسما عمدتا فاقد برخوردهای ذره‌ای است (collisionless)، سازوکار دقیق این پراکندگی همچنان ناشناخته مانده بود.

به نقل از ساینس‌دیلی، این مطالعه جدید از داده‌های کاوشگر خورشیدی پارکر ناسا استفاده می‌کند، که نزدیک‌ترین فضاپیما به خورشید بوده و مستقیما از درون جو خورشیدی عبور کرده است. این نزدیکی بی‌سابقه برای نخستین بار به پژوهشگران امکان داده تا این محیط فوق‌العاده را به‌طور مستقیم بررسی کرده و داده‌هایی حیاتی برای رمزگشایی از این معماها به دست آورند.

این مقاله شواهد قانع‌کننده‌ای ارائه می‌دهد که نشان می‌دهد «سد پیچشی» فعال است و به‌طور عمیقی ماهیت افت‌وپراکندگی آشفته را تغییر می‌دهد. این اثر، که پیش‌تر صرفا به عنوان نظریه‌ اعلام شده بود، مانعی در برابر زنجیره‌ی آشفتگی در مقیاس‌های کوچک ایجاد می‌کند، و اساسا نحوه از بین رفتن نوسانات و در نتیجه نحوه گرم شدن پلاسما را تغییر می‌دهد.

جک مک‌اینتایر، دانشجوی دکترای دانشگاه کوئین مری لندن و نویسنده اصلی این مطالعه، می‌گوید: این یافته هیجان‌انگیز است، زیرا با تایید حضور «سد پیچشی»، می‌توانیم ویژگی‌هایی از باد خورشیدی را که پیش‌تر غیرقابل‌توضیح بودند از جمله اینکه چرا پروتون‌های آن معمولا داغ‌تر از الکترون‌ها هستند، توضیح دهیم. با بهبود درک ما از افت‌وپراکندگی آشفته، این کشف می‌تواند پیامدهای مهمی برای سایر سامانه‌های اخترفیزیکی نیز داشته باشد.

گروه تحقیقاتی همچنین شرایط خاصی را که این سد در آن شکل می‌گیرد شناسایی کرد. آن‌ها دریافتند که «سد پیچشی» زمانی به‌طور کامل گسترش می‌یابد که شدت میدان مغناطیسی در مقایسه با فشار پلاسما بزرگ باشد، و هرچه عدم تعادل بین امواج پلاسما که در جهت‌های مخالف منتشر می‌شوند بیشتر باشد، این اثر قابل توجه‌تر می‌شود. نکته مهم اینکه، این شرایط در نزدیکی خورشید، جایی که اکنون کاوشگر پارکر در حال بررسی آن است، اغلب برقرار هستند. به این معنا که این اثر باید گسترده و شایع باشد.

دکتر کریستوفر چن، استاد فیزیک پلاسماهای فضایی در دانشگاه کوئین مری لندن و استاد راهنمای مک‌اینتایر، می‌گوید: این مقاله از آن جهت مهم است که شواهد روشنی از وجود سد پیچشی ارائه می‌دهد؛ که به پرسش‌های دیرینه درباره گرمایش تاج خورشیدی و شتاب‌گیری باد خورشیدی پاسخ می‌دهد که از جمله آنها می‌توان به امضاهای دمایی مشاهده‌شده در جو خورشید و تغییرپذیری جریان‌های گوناگون باد خورشیدی اشاره کرد. این موضوع به ما کمک می‌کند تا فیزیک پایه افت‌وپراکندگی آشفته را بهتر درک کنیم، ارتباط بین فیزیک در مقیاس کوچک و ویژگی‌های کلی هلیوسفر را بفهمیم، و پیش‌بینی بهتری از وضعیت‌های آب‌وهوای فضایی ارائه دهیم.

پیامدهای این کشف فراتر از ستاره خود ماست، زیرا بسیاری از پلاسماهای داغ و رقیق اخترفیزیکی در جهان نیز فاقد برخوردهای ذره‌ای هستند. درک اینکه چگونه انرژی در این محیط‌ها به گرما تبدیل می‌شود، پیامدهای گسترده‌ای برای اخترفیزیک دارد. مشاهده مستقیم «سد پیچشی» در باد خورشیدی، آزمایشگاهی طبیعی و منحصربه‌فرد برای مطالعه این فرایندهای پیچیده فراهم می‌آورد.

*