چه هنگام بر روی خورشید باران می‌آید؟!

باران در سیارات و قمرهای منظومه شمسی ما شکل‌های مختلفی دارد. باران در خورشید ممکن است بی‌معنی باشد، اما واقعی است. هرچند در قالب دیگری برخلاف چیزی که بر روی زمین است اتفاق می‌افتد و ممکن است به حل برخی از پازل‌های قدیمی در مورد خورشید، کمک کند. اما “باران” بر روی خورشید، به صورت گاز الکتریکی از چرخه مغناطیسی غول‌پیکر اتمسفر خارجی خورشید رها می‌شود. در این مقاله در مورد باران کرونایی خورشید (یا باران تاج خورشیدی) بیشتر خواهیم دانست.

باران کرونایی و یا فوران خورشیدی، که توسط رصدخانه دینامیک خورشیدی (SDO) در سال 2012 مشاهده شده است. عکس از Solar Dynamics Observatory/Scientific Visualization Studio/Tom Bridgman (Lead Animator).

باران به شکل‌های مختلف در منظومه شمسی – آب روی زمین، متان / اتان در تیتان و اسید سولفوریک در زهره می‌بارد. اما آیا می‌دانستید که در خورشید نیز باران می‌بارد؟ بله. باران در خورشید از قطره‌های بزرگ پلاسما – گاز الکتریکی – می‌تواند زبانه‌های خورشیدی (Prominens) (حلقه مغناطیسی غول‌پیکر گازی) در اتمسفر بیرونی خورشید بر روی سطح سوزان خورشید ببارد. این پدیده غیرمعمول، که باران‌های کرونایی نامیده می‌شود.

 در لایه رنگین سپهر یا فام سپهر که همان لایه زیرین تاج خورشید می‌باشد به علت دمای زیاد دائما توده‌های بزرگ گاز را می‌بینیم که با ارتفاع زیادی به بیرون از خورشید پرتاب می‌شوند، در واقع این زبانه‌ها پرده‌هایی از شعله سرخ رنگ و عمود بر سطح خورشید هستند که گاها ساختمانی شبیه به پر دارند و زبانه خورشیدی نامیده می‌شود. این زبانه‌ها به دو شکل حلقوی (loop prominens) و درختی یا آتشفشانی (eroptive prominens) می‌باشند. طول عمرشان از چند روز تا چند ماه است و در نواحی لکه‌های خورشیدی دیده می‌شوند و تعداد زیادی از آنها به دلیل اینکه باردار هستند پیش از ناپدید شدن به سمت قطبین خورشید می‌روند.

در یک مقاله جدید بررسی شده توسط مجله Astrophysical Journal Letters که در تاریخ 5 آوریل 2019 منتشر شده است، امیلی میسون در مرکز پرواز فضایی گودارد ناسا، به دنبال کشف چگونگی کشف شواهدی برای باران‌های کرونایی، در مکان‌های غیرمنتظره است.

هنگامی که میسون برای اولین بار به دنبال شواهدی از باران‌های کرونایی بود، او ابتدا برای یافتن باران‌های کرونایی به سراغ حلقه‌های غول‌آسای پلاسمایی به نام helmet streamers  رفت – زبانه میلیون مایلی که به خاطر شباهت آنها به کلاه ایمنی شوالیه به این نام نامگذاری شده بود – که از خورشید در خلال خورشیدگرفتگی کامل دیده می‌شد. شبیه‌سازی‌های کامپیوتری باران کرونایی را نشان می‌دادند. میسون تقریبا نیمی از سال را جستجو کرد … اما هیچ نشانه‌ای از باران پلاسمایی در تصاویری که توسط رصدخانه دینامیک خورشیدی (SDO)  در سال 2010 گرفته شده است، را پیدا نکرد.

من به داده‌های باارزش سه یا پنج ساله نگاه می‌کنم. خیلی به دنبال چیزی بودم که هرگز اتفاق نیفتاد.

حلقه‌های غول‌آسای گاز پلاسما به نام جریانهای هلمت (helmet streamers) بر روی خورشید. تصور می‌شد که باران‌های کرونایی  در آنها یافت می‌شود، اما جستجوها بی‌نتیجه بوده است. تصویر از Úpice Observatory/Vojtech Rušin (1994)/Miloslav Druckmüller (2007).

پس باران کجا بود؟ میسون می‌دانست که باید وجود داشته باشد. همانطور که بعدا معلوم شد، میسون و همکارانش به جای اشتباه نگاه کرده بودند. در عوض جریانهای هلمت، باران در یک نوع کوچکتر از حلقه مغناطیسی در خورشید یافت شد. باران آنجا بود، درست در جایی که محققان انتظار داشتند که آن را پیدا نکنند. این کشف احتمالا به دانشمندان کمک میکند که گرمای غیرمعمول کرونای خورشید و منبع باد خورشیدی آهسته را درک کنند، دو راز خورشید که تاکنون بدون پاسخ باقی مانده است. میسون گفت: باران به عنوان یک کشته شدن از ساختارهای کوچک مغناطیسی مشاهده شده است.

آنها واقعا روشن بودند و من را مبهوت خود کردند. هنگامی که من در نهایت از آنها چشم برداشتم، مطمئنا به اندازه دهها ساعت باریده بودند.

همانطور که اسپیرو آنتیچوس، فیزیکدان خورشیدی در گودارد و همکار نویسنده این مقاله، توضیح داد:

این حلقه‌ها بسیار کوچکتر از آنچه هستند که ما دنبال آن بودیم.  گرمای کرونا بسیار بیشتر از چیزی هست که ما فکر می‌کنیم. شاید آن [باران کرونایی] خیلی کوچک است که نمی‌توانید آن را ببینید؟ ما واقعا نمی‌دانیم.

همچنان که نیچولین ویوال، دانشمند خورشیدی در گودارد، همچنین یادآور شد، تشخیص ساختارها، مدتی طول کشید، آنها جریانهای هلمت نبودند.

او به جلسه گروهی آمد و گفت: «من هرگز آن را پیدا نکردم – من همواره ساختارهای دیگری می‌بینم، اما آنها جریانهای هلمت نیستند.» من گفتم: «صبر کن …». کجا آنها را می‌بینید؟ من فکر نمی‌کنم کسی قبل از این آنها را دیده باشد!

باران‌های کرونایی در حلقه‌های مغناطیسی کوچکتر، Raining Null-Point Topologies (RNTPs) یافت شد. تصویر از رصدخانه دینامیک خورشیدی / امیلی میسون.

چگونه این باران اتفاق می‌افتد؟ به طور کلی، این روند مشابه آنچه می‌باشد که بر روی زمین اتفاق می‌افتد، میسون می‌گوید:

اما به جای آبی با درجه حرارت 60 ، شما با یک پلاسمای میلیون درجه‌ای مواجه هستید.

با این حال، بر خلاف آب، پلاسما یک گاز الکتریکی است. اینها زبانه‌هایی می‌باشد که از سطح آفتاب خارج می‌شود و بسیار گرم است – از چند هزار تا بیش از 1.8 میلیون درجه فارنهایت (1 میلیون درجه سانتیگراد). به صورت زبانه فوران می‌کند و سپس به سطح آفتاب به عنوان باران کرونایی فرو می‌ریزد.

در چرخه هیدرولوژیکی زمین، آب بر روی سطح تبخیر می‌شود و به جو می‌رسد. پس از آن سرد می‌شود و به ابرها تبدیل می‌شود، و هنگامی که رطوبت کافی در ابرها وجود دارد، به صورت باران به سطح زمین می‌رسد. باران کرونایی یک فرآیند تقریبا مشابه، اما با ترکیب کاملا متفاوت از خود باران است.

باران کرونایی برخی از سرنخ‌ها را برای کمک به حل برخی از رمز و رازهای خورشید، ارایه می‌دهد.

اندازه گیری گاز در باد آهسته خورشیدی – جدا از دیگر باد خورشیدی که سریع حرکت می‌کند – نشان داد که قبل از خنک شدن و فرار از خورشید، درجه حرارت بسیار بالایی داشته است. اما چطور؟ اگر این فرایند در داخل جریانهای هلمت اتفاق می‌افتد، پس فرآیند گردش گرمایش و خنک کننده در پشت باران‌های کرونایی می‌تواند این امر را توضیح دهد. اما از آنجا که باران به نظر می‌رسد در حلقه‌های کوچکتر بیشتر اتفاق می‌افتد، این ایده ممکن است نیاز به کار بیشتری داشته باشد.

نقاط مختلف خورشید، از جمله کرونا و زبانه. تصویر از نجوم / رون کلی.

در نظریه‌های قبلی تصور می‌شد که باران کرونایی تنها در زبانه‌ها رخ می‌دهد، جایی که پلاسما گرم و سرد می‌شود، اما نمی‌تواند به فضا فرار کند. کار میسون نشان می‌دهد، با این حال، باران در یک حلقه بسته آغاز می‌شود، اما پس از آن یک فرایند به نام اتصال بازاتصال مغناطیسی رخ می‌دهد. اگر شما ویدئویی از شعله‌هی خورشیدی تماشا کنید“، به بیرون کمانه می‌زند و سپس روی سطح خورشید برگشته و متلاشی می‌شود، ” این یک اتصال مجدد مغناطیسی واقعی است. این چیزی است که روی سطح خورشید رخ می‌دهد و به آزادسازی انفجارگونه انرژی می‌انجامد “.در این میان، قسمتی از پلاسما فرار کرده، اما بعضی از آنها به صورت باران به سطح می‌رسند. پلاسمائی که فرار می‌کند بخشی از باد خورشیدی است.

پس از آن، پازل دیگری که مدتهاست درباره‌ی اینکه چرا اتمسفر بیرونی خورشید 300 برابر گرمتر از سطح آن است، وجود دارد. واقعیت مشاهده شده به نظر نمی‌رسد منطقی باشد. بنابر مطالعه میسون، باران در حلقه‌ها می‌تواند نقطه قطعی را برای تعیین جایی که کرونا گرم می‌شود را فراهم کند:

اگر روی یک حلقه باران کرونایی داشته باشد، به این معنی است که احتمالا با احتمال 10 درصد از آن یا کمتر ، جایی است که گرمایش کرونا اتفاق می‌افتد.

این دانشمندان اکنون امیدوارند که کاوشگر خورشیدی پارکر ناسا، که نزدیکترین کاوشگر به خورشید می‌باشد، به ما کمک می‌کند تا به نتایج بیشتری دست یابیم.

ترجمه: سارا سیدحاتمی

منبع:

When and how it rains on the sun

Posted by Paul Scott Anderson in SPACE | April 14, 2019

https://earthsky.org/space/when-how-it-rains-on-the-sun-coronal-rain