یک توهم خورشیدی: حلقه‌های تاجی ممکن است آنطور نباشند که به نظر می‌رسند
اعتبار: Paul Stewart from Timaru, New Zealand, CC0, via Wikimedia Commons
بر اساس مقاله جدیدی که فرضیات رایج در مورد آنچه ما درباره خورشید می‌دانیم و نمی‌دانیم به چالش می‌کشد، بسیاری از حلقه‌های تاجی – رشته‌های طنابی پلاسما است که دانشمندان مدتها فکر می‌کردند در جو خورشید وجود دارد – ممکن است در واقع توهمات نوری باشند.
این تحقیق که توسط مرکز ملی تحقیقات جوی (NCAR) انجام شد و در مجله Astrophysical منتشر شد، بر یک شبیه‌سازی سه بعدی واقعی و پیشرفته از تاج خورشیدی تکیه داشت. این شبیه‌سازی که چندین سال پیش در NCAR انجام شد، به دانشمندان این امکان را داد که تاج را در بخشهای مجزا در تلاشی برای جداسازی حلقه‌های تاجی جداگانه برش دهند. چیزی که آنها دریافتند این بود که بسیاری از حلقه‌ها اصلا حلقه نبودند.
در حالی که تیم تحقیقاتی توانست برخی از حلقه‌های تاجی را که به دنبال آن بودند مشخص کند، همچنین دریافتند که در بسیاری از موارد آنچه در تصاویر گرفته شده از خورشید به نظر می‌رسد حلقه هایی است که ممکن است در واقع چین و چروکهای پلاسمای درخشان در جو خورشید باشد. همانطور که صفحات پلاسمای درخشان بر روی هم تا می‌شوند، چین‌ها مانند خطوط نازک روشن به نظر می‌رسند که شبیه رشته‌های متمایز و مستقل پلاسما هستند.
این یافته‌ها که تیم تحقیقاتی آن را فرضیه “نقاب تاجی” می‌نامند، پیامدهای مهمی برای درک ما از خورشید دارند، زیرا حلقه‌های تاجی فرضی برای دهه‌ها به عنوان راهی برای استنباط اطلاعات در مورد چگالی، دما و سایر ویژگیهای فیزیکی جو خورشیدی استفاده می‌شود.
آنا مالانوشنکو، دانشمند NCAR که رهبری این مطالعه را بر عهده داشت، گفت: «تمام حرفه‌ام را صرف مطالعه حلقه‌های تاج کرده‌ام. “من هیجان زده بودم که این شبیه‌سازی به من این فرصت را می‌دهد که آنها را با جزئیات بیشتری مطالعه کنم. هرگز چنین انتظاری نداشتم. وقتی نتایج را دیدم، ذهنم مشغول شد. این یک پارادایم کاملاً جدید از درک جو خورشید است.”
این تحقیق توسط ناسا تامین مالی شد و شامل همکارانی از رصدخانه NCAR در ارتفاع بالا، آزمایشگاه خورشیدی و اخترفیزیک لاکهید مارتین، موسسه تحقیقات جنوب غربی و گوددارد ناسا بود. NCAR توسط بنیاد ملی علوم حمایت می‌شود.
شهود چالش‌برانگیز
آنچه به نظر می‌رسد حلقه‌های تاجی باشد را می‌توان در تصاویر گرفته شده از خورشید در نور شدید فرابنفش مشاهده کرد. این فرض که آنها وجود دارند برای دانشمندان طبیعی است زیرا با اساسی‌ترین درک ما از مغناطیس مطابقت دارد.
بیشتر دانش‌آموزان در مقطعی دیده‌اند که وقتی براده‌های آهن در نزدیکی آهنربا پاشیده می‌شوند چه اتفاقی می‌افتد. براده‌ها در امتداد خطوط میدان مغناطیسی قرار می‌گیرند که از یک قطب آهنربای میله‌ای به قطب دیگر حلقه می‌شوند. این خطوط منحنی پخش می‌شوند و هر چه از آهنربا دورتر می‌شوند ضعیف‌تر و چگال‌تر می‌شوند.
حلقه‌های ظاهری تاجی در تصاویر خورشید به‌طور چشمگیری شبیه به نظر می‌رسند و از آنجایی که میدان مغناطیسی قابل توجهی در خورشید وجود دارد، وجود خطوط میدان مغناطیسی توضیح واضحی به نظر می‌رسد که می‌توانند طناب پلاسما را بین آنها به دام بیندازند و حلقه‌هایی ایجاد کنند و در واقع، مطالعه جدید تایید می‌کند که چنین حلقه‌هایی احتمالا وجود دارند.
با این حال، بر اساس درک ما از آهنربا، حلقه‌های تاجی که روی خورشید دیده می‌شوند، هرگز دقیقاً آنطور که باید رفتار نکرده‌اند. به عنوان مثال، دانشمندان انتظار دارند همانطور که شما در تاج بالاتر می‌روید خطوط میدان مغناطیسی خورشید از هم جدا شوند، درست مانند آزمایش براده‌های آهن. اگر این اتفاق می‌افتاد، پلاسمای محبوس شده بین خطوط میدان نیز بین مرزها پخش می‌شد و حلقه‌های ضخیم‌تر و کم‌نورتر ایجاد می‌کرد. اما تصاویر خورشید این پدیده را نشان نمی‌دهد. در عوض، حلقه‌های بیرونی هنوز نازک و روشن به نظر می‌رسند.
این احتمال که این حلقه‌ها در عوض چین و چروک‌هایی در یک نقاب تاجی باشند، به توضیح این و سایر تناقضات با انتظارات ما از حلقه‌ها کمک می‌کند – اما سؤالات جدیدی را نیز مطرح می‌کند. به عنوان مثال، چه چیزی شکل و ضخامت چین‌ها را تعیین می‌کند؟ و چه تعداد از حلقه‌های ظاهری در تصاویر خورشید در واقع رشته‌های واقعی هستند و چه تعداد از آنها توهم نوری هستند؟
مالانوشنکو گفت: «این مطالعه به دانشمندان یادآوری می‌کند که همیشه باید مفروضات خود را زیر سوال ببریم و گاهی اوقات شهود ما می‌تواند بر علیه ما عمل کند.
مدل نوآورانه نمای جدیدی از خورشید را ارائه می‌دهد
کشف این که حلقه‌های تاج ممکن است توهم باشند، به لطف شبیه‌سازی بسیار دقیق تاج خورشیدی تولید شده توسط MURaM، یک مدل مغناطیسی هیدرودینامیکی تابشی امکان‌پذیر شد که در تلاشی به رهبری NCAR برای مدل‌سازی تاج خورشیدی گسترش یافت.
این شبیه‌سازی زمانی پیشگامانه بود که برای اولین بار انجام شد، زیرا می‌توانست به طور همزمان آنچه را که در مناطق مختلف خورشید اتفاق می‌افتد، از قسمت بالایی منطقه همرفتی – حدود 10000 کیلومتری زیر سطح خورشید – از طریق سطح خورشید و فراتر از آن، مدل‌سازی کند. تا نزدیک به 40000 کیلومتر در تاج خورشیدی. این مناطق متنوع از خورشید طیف وسیعی از شرایط فیزیکی، از جمله تفاوت در چگالی و فشار را پوشش می‌دهند، بنابراین دانشمندان قبلا راهی برای نمایش ریاضی این مناطق در یک شبیه‌سازی یکپارچه پیدا نکرده بودند.
از جمله نتایج دیگر، شبیه‌سازی جدید توانست برای اولین بار کل چرخه حیات یک شراره خورشیدی، از تجمع انرژی در زیر سطح خورشید تا ظهور شعله در سطح، و در نهایت تا انتشار انرژی مواد منفجره را به تصویر بکشد.
این مدل همچنین مجموعه داده‌های سه بعدی را تولید کرد که حاوی ساختار میدان مغناطیسی و پلاسما است که می‌تواند برای تولید مشاهدات “مصنوعی” استفاده شود. از آنجایی که تاج خورشیدی از نظر نوری نازک است – به این معنی است که دیدنش نسبتاً آسان است – ساختارهای تاج در تصاویر خورشید با یکدیگر همپوشانی دارند. تشخیص اینکه یک “حلقه” که روی حلقه‌های دیگر همپوشانی دارد در جلو یا پشت دشوار است. همچنین تشخیص اینکه آیا خود حلقه دارای سطح مقطع فشرده است، مانند شلنگ باغ، یا شبیه یک لبه روبان بلند است. همچنین ممکن است چیزی که به نظر می‌رسد یک رشته نازک است، یک مصنوع نوری باشد که در اثر چین‌خوردگی در ورقه‌ای از پلاسمای درخشان ایجاد می‌شود.
مکعب‌های داده‌های تولید شده توسط MURaM به دانشمندان این فرصت را می‌دهد تا جو خورشید را تشریح کنند و ساختارهای روی هم را به طور جداگانه مطالعه کنند، چیزی که با رصدخانه ها و ابزارهایی امکان‌پذیر نیست که در حال حاضر داریم.
در حالی که شبیه‌سازی MURaM یکی از واقعی‌ترین شبیه‌سازی‌هایی است که تاکنون از تاج خورشیدی ایجاد شده است، اما هنوز فقط یک مدل است. درک اینکه چه تعداد از حلقه‌های تاجی در واقع توهم‌های نوری هستند، نیازمند روش‌های مشاهده‌ای با دقت طراحی‌شده برای بررسی تاج و تکنیک‌های جدید تجزیه و تحلیل داده‌ها است.
مالانوشنکو گفت: “ما می‌دانیم که طراحی چنین تکنیکهایی بسیار چالش برانگیز خواهد بود، اما این مطالعه نشان می‌دهد که روشی که ما در حال حاضر مشاهدات خورشید را تفسیر می‌کنیم ممکن است برای درک واقعی فیزیک ستاره خود کافی نباشد.”
ترجمه: سارا سیدحاتمی
منبع:
A solar illusion: Coronal loops may not be what they seem
by National Center for Atmospheric Research MARCH 2, 2022
https://phys.org/news/2022-03-solar-illusion-coronal-loops.html