از قرن هفدهم میلادی و نخستین رصد لکههای خورشیدی توسط گالیله، این ساختارهای تاریک بر سطح خورشید توجه اخترشناسان را به خود جلب کرده است. لکههای خورشیدی مناطقی هستند با میدان مغناطیسی بسیار قوی که میتوانند روزها یا حتی ماهها در سطح پرآشوب خورشید باقی بمانند. با وجود گذشت قرنها مطالعه، دانشمندان تاکنون نتوانسته بودند توضیح دقیقی برای پایداری طولانیمدت این پدیدهها ارائه کنند.
ساختار و چرخه لکههای خورشیدی
مشخصات فیزیکی
بر اساس گزارشات علمی، لکههای خورشیدی مناطقی از سطح خورشید هستند که میدان مغناطیسی چشمگیری دارند—در حدی که با قدرت میدان مغناطیسی دستگاه MRI بیمارستانی قابل مقایسه است، اما وسعتی حتی بزرگتر از زمین را پوشش میدهد. دلیل تیرهتر بودن این مناطق نسبی است؛ دمای آنها نسبت به نواحی اطراف کمتر است، با این حال اگر تنها یک لکه خورشیدی را در فاصله خورشید از زمین قرار دهیم، نوری بیشتر از ماه کامل خواهد داشت.
چرخه ۱۱ ساله و تاثیرات زمینفضایی
تعداد لکههای خورشیدی از یک چرخه منظم ۱۱ ساله پیروی میکند. هنگام اوج این چرخه، فورانهای خورشیدی و پرتاب جرم تاجی (Coronal Mass Ejection) که ممکن است ارتباطات ماهوارهای و شبکه برق زمینی را مختل کنند، محتملتر است. این رخدادها تحت عنوان “آبوهوای فضایی” (space weather) شناخته میشوند و حفاظت از زیرساختهای حیاتی انسان در برابر آنها اهمیت روزافزونی یافته است.
شکاف دانش و پیشرفت روشهای رصدی
پیشتر فرض میشد که تعادل میان فشار گاز موجود در لکهها و نیروهای مغناطیسی علت پایداری آنهاست. با این وجود، اثبات این فرضیه به خاطر تأثیر اغتشاشات جوی زمین بر دادههای جمعآوریشده از رصدخانههای زمینی، همواره با دشواری همراه بود. اکنون تیم بینالمللی پژوهشگران به سرپرستی فیزیکدانان مؤسسه فیزیک خورشیدی آلمان، با بهرهگیری از روش نوینی که در مؤسسه مکس پلانک توسعه یافته است، به دستاوردی تعیینکننده رسیدهاند.
فناوری نوین و دستاوردهای آن
این روش طیفسنجی نوری اصلاحشده، توسط تلسکوپ خورشیدی GREGOR در آلمان، قادر است اثرات مخدوشکننده اتمسفر زمین را حذف کند. پژوهشگران با تحلیل نور قطبیده گسیلشده از خورشید، توانستهاند میدانهای مغناطیسی داخلی لکهها را با دقتی بیسابقه اندازهگیری کنند. این فناوری جدید، کیفیت دادههای ماهوارهای را با هزینهای بسیار پایینتر برای تلسکوپهای زمینی به ارمغان آورده است.
کشف تعادل کامل و پیامدهای علمی
بررسیهای دقیق نشان داد که نیروی مغناطیسی درون لکههای خورشیدی دقیقاً توسط نیروهای فشار گاز متعادل میشود و این تعادل، به بقای طولانی لکهها در شرایط پرآشوب سطح خورشید منجر میگردد. این یافته نه تنها یک معمای تاریخی کیهانشناسی را حل میکند بلکه پیامدهای کاربردی مهمی نیز دارد. درک مکانیزم پایداری لکهها به دانشمندان امکان میدهد تا زمانی که ساختارهای خورشیدی به مرحله بیثباتی میرسند و احتمال وقوع طوفانهای شدید خورشیدی بالا میرود را پیشبینی کنند. این پیشبینیها اهمیت زیادی برای حفاظت از ماهوارهها، شبکههای برق و حتی سلامت فضانوردان در مقابل پرتوهای آسیبرسان دارد. با رشد اتکای جامعه بشری به فناوری ماهوارهای و زیرساختهای الکترونیکی، این پژوهش نقشی کلیدی در امنیت فناوریهای پیشرفته ایفا خواهد کرد.
جمعبندی
حل معمای 400 ساله پایداری لکههای خورشیدی نقطه عطفی در فیزیک خورشید محسوب میشود. ترکیب رصدهای پیشرفته زمینی با تحلیلهای دقیق، نه تنها فهم ما از خورشید را ارتقا داد بلکه مسیر توسعه فناوریهای بهینه حفاظت از زیرساختهای وابسته به فضا را هموار نمود. این دستاورد گامی مهم برای پیشبینی بهتر آبوهوای فضایی و کاهش خطرات ناشی از فعالیتهای خورشیدی برای تمدن مدرن بشر است.