راز دمای عجیب تاج خورشیدی

نور طلایی خورشید، همان پرتوی گرمی است که از پنجره اتاق‌مان سرک می‌کشد و با گرمای خود زمین را بیدار می‌کند. اما در پس این سادگی، خورشید پدیده‌ای به‌غایت پیچیده، قدرتمند و در عین حال رازآلود است. یکی از رازآلودترین ویژگی‌های آن، دمای شگفت‌انگیز و غیرقابل‌باور تاج خورشیدی است. لایه‌ای که بیرونی‌ترین بخش جو خورشید را تشکیل می‌دهد و برخلاف انتظار، از سطح خورشید داغ‌تر است.

برای درک عمق این شگفتی، کافی است بدانیم که دمای سطح خورشید حدود ۵۵۰۰ درجه‌ی سانتی‌گراد است، اما دمای تاج خورشیدی می‌تواند تا بیش از یک میلیون درجه‌ی سانتی‌گراد نیز برسد. این تناقض ظاهراً غیرمنطقی، یکی از بزرگ‌ترین چالش‌های اخترفیزیک و فیزیک پلاسما در قرن اخیر بوده و هنوز هم پاسخی قطعی و بی‌چون‌وچرا برای آن پیدا نشده است.

در این مقاله، با نگاهی علمی، تحلیلی و روایی به بررسی لایه تاج خورشیدی، ویژگی‌ها، نظریه‌های مطرح درباره‌ی گرمایش آن و تأثیراتی که بر زمین و منظومه شمسی دارد می‌پردازیم. همچنین به تلاش‌های پژوهشگران برای حل این معما اشاره خواهیم کرد و خواهیم دید چگونه این دمای عجیب، پنجره‌ای به فهم عمیق‌تر از پویایی‌های خورشید و حتی دیگر ستارگان می‌گشاید.

ساختار خورشید چگونه است؟

خورشید مانند یک پیاز کیهانی از لایه‌های متعددی تشکیل شده که هرکدام ویژگی‌ها و کارکردهای خاص خود را دارند. این ساختار از هسته‌ی مرکزی آغاز می‌شود و با لایه‌هایی چون منطقه‌ی تابشی، منطقه‌ی همرفتی، سطح فوتوسفر، کروموسفر و در نهایت تاج خورشیدی کامل می‌شود. هرچه از درون به سمت بیرون حرکت کنیم، دما به‌صورت معمول کاهش می‌یابد… تا اینکه ناگهان، با رسیدن به تاج، این روند وارونه می‌شود.

در هسته‌ی خورشید، دما به بیش از ۱۵ میلیون درجه‌ی سانتی‌گراد می‌رسد. اینجا جایی است که واکنش‌های همجوشی هسته‌ای هیدروژن را به هلیوم تبدیل می‌کنند و انرژی آزاد می‌کنند. این انرژی سپس از منطقه‌ی تابشی عبور می‌کند؛ جایی که با روندی آهسته و پیوسته، فوتون‌ها هزاران سال زمان می‌برند تا به منطقه‌ی همرفتی برسند. در منطقه‌ی همرفتی، انرژی با جریان‌های پرفراز و نشیب به بالا حرکت می‌کند و به سطح خورشید یا فوتوسفر می‌رسد؛ همان سطحی که ما از زمین به‌عنوان چهره‌ی درخشان خورشید می‌بینیم.

در مرحله‌ی بعدی، کروموسفر قرار دارد؛ لایه‌ای که ضخامت آن حدود ۲۰۰۰ کیلومتر است و در هنگام گرفت کامل خورشید، هاله‌ی سرخ‌فامی در اطراف آن دیده می‌شود. و بالاخره تاج خورشیدی آغاز می‌شود: لایه‌ای نازک، گسترده و بسیار داغ که میلیون‌ها کیلومتر به بیرون از خورشید گسترش می‌یابد و به فضا نشت می‌کند.

این لایه بیرونی، نه‌تنها بسیار داغ‌تر از سطح خورشید است، بلکه منبعی اصلی برای باد خورشیدی محسوب می‌شود؛ جریانی مداوم از ذرات باردار که به سوی سیاره‌ها، از جمله سیاره مشتری، سیاره مریخ و سیاره زمین روانه می‌شود. اما همین دمای عجیب و غیرمنتظره تاج، یکی از بزرگ‌ترین معماهای اخترفیزیک به شمار می‌آید. چرا لایه‌ای که از منبع اصلی انرژی فاصله گرفته، داغ‌تر است؟ مگر نه اینکه باید هرچه از منبع انرژی دور می‌شویم، دما کاهش یابد؟

پاسخ به این سؤال در دهه‌های اخیر پژوهشگران را به دل نظریه‌هایی چون امواج مغناطیسی، جت‌های پلاسما و نوسانات پرانرژی در میدان مغناطیسی خورشید کشانده است. در ادامه، به این نظریه‌ها می‌پردازیم و می‌بینیم کدام‌یک از آن‌ها توانسته‌اند قدری از این راز پیچیده را روشن کنند.

چرا دمای تاج خورشیدی بیشتر از سطح خورشید است؟

برای قرن‌ها، درک ما از گرما و دما بر یک اصل ساده استوار بود: هرچه از منبع حرارتی فاصله بگیریم، دما کاهش می‌یابد. اما در مورد خورشید، این قاعده در نقطه‌ای کاملاً شکسته می‌شود. در حالی که سطح خورشید، یا همان فوتوسفر، دمایی در حدود ۵۵۰۰ درجه سانتی‌گراد دارد، تاج خورشیدی می‌تواند به دمایی تا یک یا حتی چند میلیون درجه برسد. این تناقض، فیزیک‌دانان را بر آن داشت تا عمیق‌تر از همیشه به درون رفتار پیچیده‌ی میدان‌های مغناطیسی خورشید بنگرند.

یکی از نظریه‌های اصلی برای توضیح این پدیده، به امواج آلفون مربوط می‌شود. این امواج در واقع ارتعاشاتی هستند که در خطوط میدان مغناطیسی خورشید حرکت می‌کنند و می‌توانند انرژی را از لایه‌های پایین‌تر به بالا انتقال دهند. اما انتقال انرژی، تنها نیمی از ماجراست. سؤال مهم‌تر این است که چگونه این انرژی به دما تبدیل می‌شود؟

پاسخ احتمالی دیگر در مکانیزمی به نام بازاتصال مغناطیسی (Magnetic Reconnection) نهفته است. در تاج خورشیدی، خطوط میدان مغناطیسی دائماً در حال پیچ‌و‌تاب و برخورد با یکدیگر هستند. وقتی این خطوط با هم تداخل می‌کنند، به‌صورت ناگهانی شکسته و مجدداً به شکل تازه‌ای متصل می‌شوند. این فرآیند باعث آزاد شدن مقادیر عظیمی از انرژی می‌شود که محیط اطراف را به‌طور ناگهانی و فوق‌العاده گرم می‌کند.

همچنین باید به جت‌های پلاسمایی اشاره کرد؛ فوران‌هایی از ذرات باردار که با سرعتی بسیار بالا از سطح خورشید به سمت بالا پرتاب می‌شوند. این جت‌ها که در اثر فعالیت‌های مغناطیسی و لکه‌های خورشیدی شکل می‌گیرند، انرژی جنبشی خود را در لایه‌ی تاج تخلیه کرده و در نتیجه آن را به طرز عجیبی داغ می‌کنند.

اما نکته قابل‌توجه اینجاست که این نظریه‌ها هنوز نتوانسته‌اند توضیحی کامل و دقیق ارائه دهند. هرکدام بخش‌هایی از معما را حل می‌کنند، اما هنوز تصویر کامل در دسترس نیست. پروژه‌های فضایی متعددی، از جمله کاوشگر خورشیدی پارکر ناسا، با هدف بررسی دقیق‌تر همین پدیده به فضا پرتاب شده‌اند تا با جمع‌آوری داده‌های میدانی، پرده از این راز بردارند. شاید بتوان گفت دمای عجیب تاج خورشیدی نه تنها سؤال فیزیکی بزرگی است، بلکه نقطه اتصال مهمی میان فیزیک پلاسما، اخترفیزیک و درک ما از دیگر ستارگان در کهکشان راه شیری نیز به شمار می‌رود.

تأثیر تاج خورشیدی بر منظومه شمسی و زمین

اگر تصور کنیم که خورشید صرفاً یک منبع نور و گرما برای سیاره زمین است، در حق آن کم‌لطفی کرده‌ایم. در حقیقت، تاج خورشیدی همان لایه‌ای است که نقش بزرگی در تعامل خورشید با کل منظومه شمسی ایفا می‌کند. از باد خورشیدی گرفته تا طوفان‌های ژئومغناطیسی، همه و همه تحت‌تأثیر مستقیم این لایه‌ی مرموز هستند.

از دل تاج خورشیدی، ذرات بارداری با سرعت‌هایی گاه بالاتر از ۸۰۰ کیلومتر بر ثانیه به فضا پرتاب می‌شوند. این جریان دائمی که «باد خورشیدی» نام دارد، نوعی اتصال مداوم بین خورشید و سیارات ایجاد می‌کند. سیاره‌هایی مانند زمین، مریخ، پلوتون و مشتری در مسیر این باد قرار دارند و بسته به موقعیت و ویژگی‌های مغناطیسی‌شان، تأثیرات متفاوتی دریافت می‌کنند.

زمین به لطف میدان مغناطیسی قدرتمند خود، بیشتر این ذرات را منحرف می‌کند. اما در مواردی که فعالیت خورشیدی شدید باشد، ذرات پرانرژی می‌توانند وارد جو فوقانی زمین شوند و باعث شفق قطبی، اختلال در ارتباطات ماهواره‌ای، یا حتی قطع برق در برخی مناطق شوند. این رویدادها، که «طوفان‌های خورشیدی» نام دارند، عملاً از تاج خورشیدی سرچشمه می‌گیرند.

برای سیاراتی مانند مریخ که میدان مغناطیسی ضعیفی دارند، این بادهای خورشیدی تهدیدی بزرگ محسوب می‌شوند. یکی از نظریه‌های رایج درباره‌ی از بین رفتن جو اولیه‌ی مریخ، همین تأثیرات باد خورشیدی و تاج خورشیدی است که طی میلیاردها سال، اتمسفر را از این سیاره ربوده‌اند.

در مورد پلوتون، که در حاشیه‌ی منظومه شمسی قرار دارد، باد خورشیدی از شدت و قدرت کمتری برخوردار است، اما هنوز هم تأثیراتی چون تغییرات سطحی و الگوهای یخ‌زدگی بر آن وارد می‌کند. حتی در کهکشان‌های دیگر، بررسی رفتار تاج ستارگان می‌تواند به ما سرنخ‌هایی درباره‌ی تعامل ستارگان با سیاره‌های اطرافشان بدهد. در مجموع، تاج خورشیدی نه‌تنها یک پدیده درخشان در حین خورشیدگرفتگی است، بلکه قلب تپنده‌ی تعامل خورشید با سیاراتش به شمار می‌رود.

3,900,000 تومان

در سبد خرید 50+ نفر

نظریه‌های مطرح درباره گرمایش غیرمنتظره تاج خورشیدی

همان‌طور که پیش‌تر اشاره شد، دمای بالای تاج خورشیدی یکی از عجیب‌ترین و چالش‌برانگیزترین پدیده‌ها در علم اخترفیزیک است. با اینکه هنوز پاسخ قطعی برای آن وجود ندارد، اما پژوهشگران طی دهه‌های اخیر چند نظریه کلیدی برای توضیح این پدیده ارائه کرده‌اند که هرکدام بخش‌هایی از این معما را روشن می‌کنند.

نخستین نظریه‌ای که مورد توجه قرار گرفت، به امواج آلفون مربوط می‌شود. این امواج، گونه‌ای از نوسانات مغناطیسی هستند که از سطوح پایین‌تر خورشید مانند فوتوسفر به سمت تاج بالا می‌روند. آن‌ها به‌صورت فرضی حامل انرژی‌اند و اگر بتوانند بدون پراکندگی شدید به لایه‌های بالاتر برسند، می‌توانند دمای تاج را افزایش دهند. اما مشکل اصلی این است که این امواج باید به طریقی در تاج خورشیدی شکسته یا دمپ شوند تا انرژی‌شان را به گرما تبدیل کنند؛ چیزی که هنوز به‌طور کامل ثابت نشده است.

دومین نظریه مهم، همان‌طور که اشاره شد، بازاتصال مغناطیسی (magnetic reconnection) است. در این فرایند، خطوط میدان مغناطیسی که از زیر سطح خورشید می‌آیند، در لایه‌های بالایی با هم برخورد و بازآرایی می‌کنند. این بازآرایی موجب آزاد شدن مقادیر عظیمی از انرژی در مدت‌زمانی بسیار کوتاه می‌شود. بسیاری از فوران‌های خورشیدی و جت‌های پلاسمایی، دقیقاً در اثر همین پدیده به وجود می‌آیند و تاج خورشیدی را به‌شدت گرم می‌کنند. بازاتصال مغناطیسی به‌ویژه در مناطقی که «حلقه‌های تاجی» (Coronal loops) مشاهده می‌شوند، نقش کلیدی ایفا می‌کند.

نظریه سوم به ریزفوران‌ها (nanoflares) مربوط می‌شود؛ پدیده‌هایی کوچک، اما فراوان که در سطح خورشید به‌طور مکرر اتفاق می‌افتند. در حالی که هر ریزفوران به‌تنهایی انرژی زیادی آزاد نمی‌کند، اما تجمع میلیون‌ها مورد از آن‌ها در یک بازه زمانی می‌تواند نقش بزرگی در گرمایش تاج داشته باشد. این ایده توسط «یوجین پارکر» فیزیکدان معروف آمریکایی مطرح شد که بعدها کاوشگر خورشیدی ناسا نیز به افتخار او نام‌گذاری شد.

در کنار این‌ها، برخی نظریه‌ها به نقش ذرات پرانرژی و پویایی پلاسما در میدان مغناطیسی خورشید نیز اشاره دارند. همچنین، نقش ناپایداری‌های پلاسما و اثرات کوانتومی در میدان‌های قوی هنوز به‌طور کامل مطالعه نشده‌اند و ممکن است در آینده بخشی از پاسخ را در آن‌ها بیابیم.

آنچه مسلم است، تلاش‌های علمی همچنان ادامه دارد و مأموریت‌هایی مانند کاوشگر خورشیدی پارکر و Solar Orbiter متعلق به آژانس فضایی اروپا، گام‌های مهمی در مسیر کشف حقیقت این راز برداشته‌اند. تاج خورشیدی، در کنار اینکه یکی از مرموزترین نقاط خورشید است، یکی از درخشان‌ترین پنجره‌ها برای درک فیزیک ستارگان نیز به شمار می‌رود.

نقش کاوشگر پارکر در مطالعه‌ی تاج خورشیدی

در سال ۲۰۱۸، ناسا مأموریتی تاریخی را آغاز کرد: کاوشگر خورشیدی پارکر (Parker Solar Probe)، نخستین فضاپیمای بشر که قرار بود به درون تاج خورشیدی نفوذ کند و از نزدیک داده‌هایی بی‌سابقه از رفتار خورشید به دست آورد. این مأموریت، نه‌تنها یکی از جاه‌طلبانه‌ترین پروژه‌های تاریخ فضانوردی است، بلکه یکی از مهم‌ترین گام‌ها برای پاسخ دادن به معمای دمای عجیب تاج خورشیدی به شمار می‌آید.

پارکر به افتخار فیزیکدان پیشرو، «یوجین پارکر»، نام‌گذاری شد؛ کسی که نظریه باد خورشیدی را مطرح کرده بود. این کاوشگر با محافظی حرارتی بسیار قدرتمند طراحی شد تا بتواند در فاصله‌ای کمتر از ۶ میلیون کیلومتر از سطح خورشید مقاومت کند—نزدیک‌تر از هر فضاپیمایی که تاکنون به خورشید رسیده است. برای درک این نزدیکی، کافی است بدانیم که عطارد، نزدیک‌ترین سیاره به خورشید، حدود ۵۸ میلیون کیلومتر با آن فاصله دارد.

هدف اصلی پارکر، جمع‌آوری اطلاعات درباره‌ی ساختار، میدان مغناطیسی، ذرات باردار و دمای لایه‌ی تاج خورشیدی بود. داده‌های اولیه‌ای که این کاوشگر ارسال کرد، نشان دادند که ساختار میدان مغناطیسی در تاج خورشیدی بسیار پیچیده‌تر از آن چیزی است که پیش‌تر تصور می‌شد. همچنین، امواج آلفون و نوسانات میدان مغناطیسی در مناطقی بسیار وسیع‌تر از حد انتظار شناسایی شدند.

یکی از کشفیات جالب پارکر، حضور «سوئیچ‌بک‌ها» (switchbacks) بود؛ ساختارهایی موقتی و متلاطم در میدان مغناطیسی خورشید که ممکن است در انتقال انرژی و گرم شدن تاج نقش مهمی داشته باشند. این یافته‌ها، نظریه‌هایی مانند بازاتصال مغناطیسی و ریزفوران‌ها را تقویت کرده‌اند.

پارکر همچنین توانست اطلاعات ارزشمندی درباره‌ی سرعت و ترکیب باد خورشیدی به دست آورد. این داده‌ها برای درک تعامل خورشید با سیاره‌هایی مانند زمین، مریخ، مشتری و حتی سیاره پلوتون اهمیت حیاتی دارند. زیرا این تعاملات می‌توانند تأثیر مستقیم بر آب‌و‌هوای فضایی، فناوری‌های ماهواره‌ای و حتی سیستم‌های ناوبری داشته باشند.

مأموریت پارکر همچنان ادامه دارد و قرار است تا سال ۲۰۲۵ چند بار دیگر به دور خورشید گردش کند و در هر گردش به فاصله‌ای نزدیک‌تر برسد. بدون شک، این مأموریت انقلابی در درک ما از تاج خورشیدی و پدیده‌های کیهانی مرتبط با آن ایجاد خواهد کرد.

اهمیت تاج خورشیدی در فیزیک ستاره‌ها و کهکشان‌ها

بررسی تاج خورشیدی فقط به شناخت بهتر خود خورشید محدود نمی‌شود؛ این پدیده نقش بسیار مهم‌تری در گستره‌ی فیزیک ستاره‌ای ایفا می‌کند. در واقع، مطالعه‌ی این لایه داغ و مرموز از خورشید، به اخترشناسان کمک می‌کند تا رفتار ستاره‌های دیگر در کهکشان راه شیری و حتی فراتر از آن را بهتر درک کنند. بسیاری از ستاره‌هایی که ما در آسمان شب می‌بینیم، دارای ویژگی‌هایی مشابه خورشید هستند و احتمالاً آن‌ها نیز تاج‌هایی با دماهای بالا دارند.

برای مثال، ستاره‌های نوع G (مانند خورشید)، M (کوتوله‌های قرمز) یا حتی ستاره‌های جوان‌تر و فعال‌تر، اغلب نشانه‌هایی از فوران‌های تاجی و بادهای ستاره‌ای دارند. درک مکانیسم‌هایی مانند بازاتصال مغناطیسی یا امواج آلفون در تاج خورشید، الگوهایی برای درک چنین رفتارهایی در ستاره‌های دیگر فراهم می‌کند. حتی برخی پدیده‌ها در ستاره‌های غول سرخ یا سفیدهای داغ، شباهت‌هایی با دینامیک تاجی در خورشید دارند.

علاوه بر این، مطالعه‌ی تاج خورشیدی به ما کمک می‌کند تا تعامل بین ستاره‌ها و سیارات اطراف‌شان را بفهمیم. برای مثال، تصور کنید که یک منظومه‌ مشابه منظومه شمسی در گوشه‌ای دیگر از کهکشان وجود دارد؛ درک چگونگی تأثیر بادهای ستاره‌ای بر جو سیارات آن، می‌تواند به ما کمک کند تا شرایط شکل‌گیری حیات را نیز بررسی کنیم. حتی در بررسی سیاره‌های فراخورشیدی (exoplanets)، یکی از فاکتورهای مهم، شدت فعالیت تاج ستاره میزبان است که می‌تواند بر اتمسفر آن‌ها تأثیر بگذارد.

تاج خورشیدی، همچنین نقش غیرمستقیمی در مطالعه‌ی پلاسماهای کیهانی ایفا می‌کند. از آنجا که رفتار تاج نمونه‌ای از پلاسما در دما و شرایط بسیار خاص است، مدل‌سازی آن به پژوهشگرانی که روی پلاسما در مقیاس‌های بزرگ‌تر (مثلاً در کهکشان‌ها) کار می‌کنند، کمک شایانی می‌نماید.

در مجموع، تاج خورشیدی را می‌توان نه‌تنها به‌عنوان یک پدیده محلی و مربوط به خورشید، بلکه به‌عنوان مدلی کلیدی برای تحلیل رفتار ستارگان در سراسر کیهان دانست. این لایه مرموز، پلی است میان مشاهدات خورشیدی و فهم ما از جهان بزرگ‌تر، از سیاره مریخ گرفته تا ستارگان عظیم در کهکشان‌های دوردست.

8,480,000 تومان

در سبد خرید 100+ نفر

500+ نفر به این کالا علاقه دارند

تاج خورشیدی در طول تاریخ؛ از شگفتی تا علم

تاج خورشیدی تا پیش از اختراع تلسکوپ، پدیده‌ای بود که تنها در جریان خورشیدگرفتگی کامل دیده می‌شد. نوار درخشانی که ناگهان در اطراف قرص سیاه خورشید ظاهر می‌شد، قرن‌ها مورد حیرت و ترس تمدن‌های گوناگون قرار داشت. برخی تمدن‌ها آن را نشانه‌ای الهی می‌دانستند؛ در حالی که برخی دیگر آن را پیش‌درآمدی برای بلایا یا جنگ‌ها تلقی می‌کردند.

در چین باستان، تاج خورشیدی بخشی از پدیده‌های آسمانی محسوب می‌شد که امپراتوران برای آن آیین‌های خاص برگزار می‌کردند. در تمدن‌های میان‌رودان، مشاهده‌ی این درخشش در اطراف خورشید، به‌عنوان پیامی از سوی خدایان تعبیر می‌شد. حتی در یونان باستان، فیلسوفانی چون ارسطو و فیثاغورس به بررسی رفتارهای نوری خورشید در گرفت‌ها علاقه‌مند بودند، اگرچه ابزار لازم برای تحلیل علمی آن را نداشتند.

با آغاز عصر تلسکوپ و پیشرفت دانش فیزیک، تاج خورشیدی به‌تدریج از دایره‌ی افسانه بیرون آمد و به موضوع تحقیق علمی بدل شد. نخستین بار در قرن هجدهم، دانشمندان توانستند با استفاده از ابزارهای ابتدایی، دمای تقریبی تاج را تخمین بزنند. اما شگفتی اصلی زمانی رخ داد که مشخص شد این لایه، برخلاف انتظار، بسیار داغ‌تر از سطح خورشید است؛ کشفی که مسیر جدیدی در اخترفیزیک گشود.

در قرن بیستم، با ظهور تلسکوپ‌های فرابنفش، اشعه ایکس و ماهواره‌هایی مانند SOHO، درک ما از تاج خورشیدی جهش چشمگیری یافت. اخترشناسان دریافتند که این لایه نه‌تنها منشأ باد خورشیدی است، بلکه رفتار مغناطیسی خورشید را نیز به‌وضوح بازتاب می‌دهد. همچنین در جریان مأموریت‌هایی مانند کاوشگر خورشیدی پارکر، برای اولین‌بار بشر توانست از درون تاج خورشیدی داده‌های مستقیم به دست آورد.

امروزه تاج خورشیدی تنها موضوعی برای فیزیک‌دانان یا اخترشناسان نیست؛ بلکه به یکی از مؤلفه‌های حیاتی در پیش‌بینی «آب‌و‌هوای فضایی» بدل شده است. این اطلاعات برای ایستگاه‌های فضایی، ماهواره‌ها، هواپیماهای فضایی و حتی شبکه‌های مخابراتی حیاتی هستند. بنابراین، می‌توان گفت تاج خورشیدی سفری تاریخی را از ساحت اسطوره و نماد، به قلمرو علم و فناوری طی کرده است؛ سفری که هنوز هم ادامه دارد و هر روز، چهره‌ای تازه از خود به ما نشان می‌دهد.

تأثیر تاج خورشیدی بر شفق قطبی و میدان مغناطیسی زمین

یکی از زیباترین و شگفت‌انگیزترین جلوه‌های تأثیر تاج خورشیدی بر زمین، پدیده‌ی شفق قطبی است. این نورهای رنگارنگ که در نزدیکی قطب‌های شمال و جنوب زمین دیده می‌شوند، در واقع نتیجه‌ی مستقیم تعامل ذرات پرانرژی ناشی از تاج خورشیدی با میدان مغناطیسی و جو زمین هستند. بدون تاج خورشیدی، نه‌تنها خبری از شفق‌های قطبی نبود، بلکه زمین به‌شدت در معرض طوفان‌های خورشیدی و تابش‌های مرگبار قرار می‌گرفت.

ذراتی که از تاج خورشیدی به بیرون پرتاب می‌شوند، همان باد خورشیدی هستند. این باد، متشکل از الکترون‌ها، پروتون‌ها و ذرات باردار دیگری است که با سرعت بسیار زیاد در فضا منتشر می‌شود. وقتی این ذرات به میدان مغناطیسی زمین می‌رسند، توسط آن منحرف شده و به سمت قطب‌ها هدایت می‌شوند. در آنجا، وارد جو بالایی زمین شده و با مولکول‌های نیتروژن و اکسیژن برخورد می‌کنند؛ برخوردی که باعث تحریک و سپس بازگشت این مولکول‌ها به حالت پایدار و در نتیجه ساطع شدن نور مرئی می‌شود.

شدت این پدیده، به میزان فعالیت تاج خورشیدی و مقدار ذرات بارداری که به سمت زمین می‌آیند بستگی دارد. در دوران حداکثر فعالیت خورشیدی، که هر ۱۱ سال یک‌بار رخ می‌دهد، تاج خورشیدی فعال‌تر می‌شود و فوران‌های تاجی یا همان CMEها (Coronal Mass Ejections) بیشتر اتفاق می‌افتند. این فوران‌ها می‌توانند طی چند روز به زمین برسند و باعث شفق‌های قطبی شدیدتر و گسترده‌تر شوند؛ حتی گاهی در مناطقی بسیار جنوبی‌تر از قطب، مثل شمال اروپا یا کانادا.

اما این داستان همیشه زیبایی ندارد. اگر فوران‌های شدید تاج خورشیدی با سرعت زیاد به زمین برسند، می‌توانند میدان مغناطیسی زمین را به‌طور موقت مختل کنند. این اختلالات می‌توانند به ماهواره‌ها، سیستم‌های مخابراتی، ناوبری GPS و حتی شبکه‌های برق فشار قوی آسیب وارد کنند. در سال ۱۹۸۹، یک طوفان خورشیدی شدید باعث خاموشی گسترده در کبک کانادا شد. این رویداد نشان داد که تاج خورشیدی، فراتر از یک پدیده نجومی، بخشی از امنیت فناوری‌های ماست.

دانشمندان با استفاده از مدل‌سازی‌های دقیق و داده‌های مأموریت‌هایی مثل SOHO و Parker Solar Probe، سعی دارند زمان و شدت این طوفان‌ها را پیش‌بینی کنند. هدف آن است که همان‌طور که برای طوفان‌های جوی روی زمین هشدار صادر می‌کنیم، در آینده بتوان برای طوفان‌های خورشیدی نیز هشدارهای دقیق داد.

در نهایت، باید گفت تاج خورشیدی نه‌فقط عامل گرمایش بیرونی‌ترین لایه خورشید است، بلکه حلقه‌ی اتصال خورشید با زمین و سایر سیارات منظومه شمسی از جمله سیاره مریخ، پلوتون و مشتری نیز به شمار می‌رود. بدون درک آن، مطالعه‌ی کامل از رفتار خورشید و تأثیراتش بر زندگی زمینی ممکن نیست.

بررسی تاج ستارگان دیگر؛ آیا تنها خورشید این ویژگی را دارد؟

اگرچه ما تاج خورشیدی را بیشتر از هر پدیده‌ی مشابه دیگری می‌شناسیم، اما حقیقت این است که خورشید تنها ستاره‌ای نیست که چنین لایه‌ای دارد. در اخترفیزیک، تاج‌های ستاره‌ای (Stellar Coronae) پدیده‌ای رایج در بسیاری از ستاره‌های مشابه یا حتی متفاوت از خورشید هستند. مطالعه‌ی تاج این ستارگان، یکی از راه‌های مهم برای درک رفتار مغناطیسی و پویایی در سطح جهانی کیهان است.

بسیاری از ستاره‌های نوع G که از نظر دما و جرم مشابه خورشید هستند، فعالیت‌های تاجی شبیه به آن دارند. آن‌ها نیز دچار فوران‌های مغناطیسی، لکه‌های ستاره‌ای و امواج پرانرژی می‌شوند که همه نشان از وجود میدان مغناطیسی پیچیده و تاج‌های داغ دارند. حتی کوتوله‌های قرمز که سردتر و کوچک‌تر از خورشیدند، گاهی تاج‌هایی بسیار پرانرژی‌تر و فعال‌تر دارند.

تفاوت بزرگ در میزان فعالیت آن‌هاست. برخی از این ستارگان چنان فوران‌هایی از تاج خود آزاد می‌کنند که اگر سیاره‌ای در مدارشان وجود داشته باشد، جو آن سیاره به‌کلی نابود می‌شود. در نتیجه، تاج ستاره‌ای مستقیماً بر امکان شکل‌گیری و پایداری حیات در سیارات فراخورشیدی تأثیر می‌گذارد. به همین دلیل، تاج ستاره‌ای به یکی از پارامترهای اصلی در مطالعات سیاره‌های قابل سکونت (Habitable Planets) بدل شده است.

برای مشاهده و تحلیل این تاج‌ها، اخترشناسان از تلسکوپ‌های فرابنفش و اشعه ایکس مانند Chandra و XMM-Newton استفاده می‌کنند. نور فرابنفش و ایکس به ما کمک می‌کند تا به دمای این لایه‌ها پی ببریم و ویژگی‌های آن‌ها را مقایسه کنیم. مثلاً برخی ستاره‌ها دارای تاج‌هایی هستند که دمای آن‌ها از تاج خورشید نیز بسیار بیشتر است و در بازه‌ی ۱۰ تا ۲۰ میلیون درجه قرار دارند.

بررسی این تاج‌ها نه‌فقط به ما کمک می‌کند خورشید را بهتر بشناسیم، بلکه به ما امکان می‌دهد رفتار ستاره‌ها در بخش‌های مختلف کهکشان و کهکشان‌های دیگر را نیز تحلیل کنیم. چراکه رفتار مغناطیسی ستارگان یکی از عوامل کلیدی در تحول آن‌ها، چرخه‌ی فعالیت‌شان و در نهایت برهم‌کنش آن‌ها با منظومه‌های سیاره‌ای اطراف‌شان است.

1,350,000 تومان

در سبد خرید 100+ نفر

آیا درک بهتر تاج خورشیدی می‌تواند به مهندسی انرژی در زمین کمک کند؟

در نگاه اول ممکن است تاج خورشیدی پدیده‌ای صرفاً نجومی به نظر برسد که تنها برای دانشمندان علوم فضایی جالب است. اما واقعیت این است که درک عمیق‌تر از عملکرد و سازوکار انرژی در این لایه‌ی مرموز، می‌تواند پیامدهایی فراتر از اخترشناسی داشته باشد؛ از جمله در حوزه‌ی مهندسی انرژی روی زمین.

همان‌طور که گفته شد، تاج خورشیدی مکانی است که دمای آن به میلیون‌ها درجه سانتی‌گراد می‌رسد. این حرارت، حاصل فرآیندهایی نظیر بازاتصال مغناطیسی، امواج آلفون و ریزفوران‌هاست. مطالعه دقیق این مکانیزم‌ها، می‌تواند اطلاعاتی بی‌سابقه درباره تبدیل انرژی مغناطیسی به انرژی حرارتی در مقیاس‌های عظیم ارائه دهد. این موضوع، به‌ویژه در تلاش‌های انسانی برای دستیابی به همجوشی هسته‌ای کنترل‌شده، اهمیت فوق‌العاده‌ای دارد.

در همجوشی هسته‌ای، همان‌طور که در خورشید رخ می‌دهد، اتم‌های هیدروژن با هم ترکیب شده و هلیوم به‌وجود می‌آید. این فرایند با آزادسازی انرژی عظیمی همراه است و هدف اصلی پروژه‌هایی نظیر ITER در فرانسه یا NIF در آمریکا به‌شمار می‌رود. درک بهتر اینکه چگونه تاج خورشیدی گرما تولید می‌کند، می‌تواند به بهینه‌سازی این راکتورهای زمینی کمک کند.

از سوی دیگر، پلاسما فیزیک که پایه‌ی اصلی همجوشی است، شباهت زیادی با آنچه در تاج خورشیدی رخ می‌دهد دارد. بررسی رفتار پلاسما در تاج خورشید، و نحوه‌ی پایداری یا ناپایداری آن، به توسعه فناوری‌های ایمن‌تر و کارآمدتر برای انرژی پاک کمک خواهد کرد.

حتی در سطحی ساده‌تر، الگوبرداری از خنک‌سازی طبیعی تاج برای فناوری‌هایی مانند محافظت حرارتی ماهواره‌ها یا حتی سازوکار دفع گرما در مدارهای الکترونیکی پرقدرت مورد توجه قرار گرفته است. در دنیای آینده، ارتباط بین اخترفیزیک و مهندسی کاربردی، دیگر صرفاً یک موضوع نظری نخواهد بود. در نتیجه، می‌توان گفت که تاج خورشیدی تنها برای درک بهتر خورشید و ستارگان نیست، بلکه الهام‌بخشی برای طراحی سیستم‌های انرژی آینده روی سیاره زمین نیز هست. تاج، هم‌زمان یک راز آسمانی و یک راه‌حل زمینی است.

سخن آخر

تاج خورشیدی نه‌فقط لایه‌ای درخشان و پررمز و راز در اطراف خورشید است، بلکه یکی از مهم‌ترین کلیدهای درک عملکرد داخلی ستارگان و تعامل آن‌ها با سیارات‌شان محسوب می‌شود. مطالعه‌ی آن، گره‌های بسیاری از فیزیک پلاسمایی، میدان‌های مغناطیسی، و حتی رفتار اقلیمی در مقیاس بین‌سیاره‌ای را باز کرده است. از شفق‌های قطبی روی زمین گرفته تا تعاملات پیچیده در کهکشان راه شیری، همگی به شکلی با رفتار همین لایه نازک اما پرانرژی در ارتباط هستند. علم هنوز در حال گشودن لایه‌های پنهان این پدیده است؛ اما هر قدم، ما را یک گام به فهم جامع‌تر از جهان اطراف‌مان نزدیک‌تر می‌کند.

منبع: دیجی‌کالا مگ