دههها بود اخترفیزیکدانها به یک تناقض خیره مانده بودند: چرا سطح مرئی خورشید حدود ۵۵۰۰ درجه سانتیگراد است، اما تاج آن، همان لایه بیرونی و کمنور جو خورشید، ناگهان به دمایی بالاتر از یک میلیون درجه میرسد؟ حالا به نظر میرسد یکی از مهمترین تکههای این پازل پیدا شده است؛ موجهایی مغناطیسی که مدتها فقط روی کاغذ وجود داشتند، سرانجام در خود تاج خورشید دیده شدهاند.
پژوهشگران توانستهاند برای نخستین بار موجهای پیچشی آلفون در مقیاس کوچک را در تاج خورشید رصد کنند؛ موجهایی که از دهه ۱۹۴۰ در جستوجویشان بودند. این موجها، که نخستین بار در سال ۱۹۴۲ توسط هانس آلفون، فیزیکدان سوئدی، پیشبینی شدند، در واقع نوسانهای چرخشی میدان مغناطیسی هستند که در پلاسما حرکت میکنند و خطوط میدان را مانند فنری که پیچانده و رها میشود، به جلو و عقب میتابانند.
همین تصویر ساده، کلید ماجراست. خورشید فقط یک توپ آتشین نیست. جو آن از پلاسما ساخته شده؛ حالتی از ماده که در آن اتمها آنقدر پرانرژی میشوند که الکترونها از هسته جدا میشوند و مجموعهای از ذرات باردار شکل میگیرد. این ذرات به شدت از میدانهای مغناطیسی فرمان میگیرند. به همین دلیل، هر موج مغناطیسی که بتواند در این محیط حرکت کند، بالقوه حامل انرژی عظیمی است.
این کشف با استفاده از تلسکوپ خورشیدی دنیل کی. اینوی در هاوایی انجام شد؛ قدرتمندترین تلسکوپ خورشیدی جهان که در سالهای اخیر نگاه ما به جزئیات جو خورشید را چند پله جلو برده است. نتایج این پژوهش هم در نشریه Nature Astronomy منتشر شده؛ جایی که حالا یکی از قدیمیترین معماهای فیزیک خورشیدی جدیتر از همیشه به سمت پاسخ حرکت میکند.
موجی که دیده نمیشد، اما اثرش همهجا بود
داستان از اینجا جالبتر میشود. دانشمندان مدتها موجهای آلفون را یکی از نامزدهای اصلی برای توضیح گرمایش تاج خورشید میدانستند، اما مشکل این بود که نوع خالص این موجها در ساختارهای باریک مغناطیسی خورشید، شکل پیچشی دارد و دیدن آن اصلا آسان نیست. در جو خورشید، پلاسما درون لولههای شار مغناطیسی حرکت میکند؛ ساختارهایی باریک که مثل ریل، انرژی و ذرات باردار را هدایت میکنند. در چنین محیطی، موج پیچشی آلفون به جای آنکه کل ساختار را به چپ و راست تاب بدهد، دور محور خودش میچرخاند.
همین تفاوت ظریف، سالها کار را سخت کرده بود. چون حرکات رایجتر در تاج خورشید، نوسانهای رفت و برگشتی و تابخوردگیهای بزرگتر هستند و این حرکات، سیگنال پیچش را میپوشانند. ریچارد مورتون، استاد دانشگاه نورثامبریا و سرپرست این مطالعه، میگوید این جستوجو عملا ریشه در دهه ۱۹۴۰ دارد و حالا برای نخستین بار توانستهاند این پیچش مستقیم خطوط میدان مغناطیسی را در تاج خورشید ببینند.
برای رسیدن به این نقطه، تیم پژوهشی از ابزار Cryo NIRSP روی تلسکوپ اینوی استفاده کرد؛ دستگاهی که برای مشاهده ساختارهای بسیار ظریف مغناطیسی و پلاسمایی در تاج طراحی شده است. مورتون و همکارانش حرکت آهنی را دنبال کردند که تا حدود ۱.۶ میلیون درجه سانتیگراد داغ شده بود. سپس با توسعه روشی تازه، مؤلفههای نوسانی معمولی را از دادهها حذف کردند تا پیچش پنهانشده در دل آن آشکار شود.
این همان بخشی است که کشف را مهم میکند. موجهای پیچشی آلفون را نمیتوان مثل بسیاری از حرکات دیگر مستقیما در تصویر دید. رد آنها باید در طیف نور پیدا شود. دانشمندان با کمک طیفسنجی، جابهجایی بسیار کوچک طول موج نور را اندازه میگیرند؛ همان اثر دوپلر معروف. اگر پلاسما به سمت زمین حرکت کند، اندکی انتقال به آبی دیده میشود و اگر از زمین دور شود، انتقال به قرمز. وقتی در دو سوی یک ساختار مغناطیسی، همزمان الگوی قرمز و آبی مخالف ظاهر شود، نشانهای روشن از یک حرکت پیچشی پنهان است.
دادهها نشان دادهاند که تاج آرام خورشید، برخلاف چیزی که شاید از نامش برآید، به طور پیوسته میزبان این موجهای پیچشی است. دامنه اندازهگیریشده آنها کوچک به نظر میرسد، اما پژوهشگران معتقدند این مقدار احتمالا کمتر از واقعیت برآورد شده، چون محدودیتهای رصدی بخشی از شدت واقعی موج را پنهان میکند. حتی با همین برآورد محافظهکارانه هم این موجها ممکن است سهم بزرگی از انرژی لازم برای داغ نگه داشتن تاج خورشید و حتی به راه انداختن باد خورشیدی را تأمین کنند.
چرا این کشف فقط برای خورشید مهم نیست؟
اگر فکر میکنید این فقط یک بحث تخصصی برای فیزیکدانهاست، بد نیست به اثراتش روی زمین نگاه کنیم. تاج خورشید منبع باد خورشیدی است؛ جریانی مافوق صوت از ذرات باردار که سراسر منظومه شمسی را پر میکند. همین جریان، هلیوسفر را شکل میدهد و وقتی آشفتگیهای مغناطیسی با آن همراه شود، میتواند روی ماهوارهها، سامانههای موقعیتیاب، ارتباطات رادیویی و حتی شبکههای برق روی زمین اثر بگذارد.
به بیان ساده، هرچه درک ما از سازوکار انتقال انرژی در جو خورشید دقیقتر شود، پیشبینی آب و هوای فضایی هم قابل اعتمادتر خواهد شد. این موضوع برای دنیایی که به زیرساختهای مداری و ارتباطی وابستهتر از همیشه است، یک کنجکاوی دانشگاهی صرف نیست.
پژوهش جدید همچنین به مدلهای نظری موجود جان تازهای داده است. سالها بود فیزیکدانها مدلهایی را توسعه میدادند که نشان میداد آشفتگی ناشی از موجهای آلفون میتواند جو خورشید را تغذیه کند. اما بدون مشاهده مستقیم، همیشه یک فاصله آزاردهنده میان نظریه و واقعیت وجود داشت. حالا آن فاصله کمتر شده و امکان آزمودن این مدلها با دادههای واقعی فراهم آمده است.
این کشف شاید حتی به توضیح پدیدهای دیگر هم کمک کند؛ سوئیچبکهای مغناطیسی که کاوشگر Parker Solar Probe ناسا در باد خورشیدی ثبت کرده است. این ساختارهای عجیب، که در آنها میدان مغناطیسی ناگهان خم میشود و جهتش تغییر میکند، احتمالا با انتقال انرژی در باد خورشیدی پیوند دارند و موجهای آلفون میتوانند یکی از بازیگران اصلی این صحنه باشند.
پشت این دستاورد، همکاری پژوهشگرانی از چین، بلژیک، بریتانیا و ایالات متحده قرار دارد؛ نشانهای روشن از اینکه علم خورشیدی امروز بدون همکاری بینالمللی جلو نمیرود. با توان تصویربرداری بسیار دقیق تلسکوپ اینوی، حالا انتظار میرود سالهای پیش رو فقط به تأیید این موجها ختم نشود، بلکه سرنخهای تازهای درباره حرکت، برهمکنش و آزادسازی انرژی در سراسر جو خورشید به دست آید.
بعد از بیش از هشتاد سال انتظار، موجی که زمانی فقط یک پیشبینی نظری بود، حالا به یکی از جدیترین پاسخها برای راز داغترین بخش خورشید تبدیل شده است.
