کشف «سد پیچشی»؛ گامی بزرگ در حل معمای گرمایش تاج و بادهای خورشیدی

دانشمندان با استفاده از داده‌های بی‌سابقه کاوشگر خورشیدی پارکر ناسا، شواهد قانع‌کننده‌ای از وجود «سد پیچشی» در جو خورشید به دست آورده‌اند. این کشف مهم، پاسخی به پارادوکس دیرینه گرمای بیش از حد تاج خورشیدی و شتاب‌گیری بادهای خورشیدی ارائه می‌دهد و می‌تواند درک ما از پدیده‌های اخترفیزیکی مشابه در سراسر کیهان را متحول کند.

پارادوکس گرمایش تاج خورشیدی و شتاب بادهای خورشیدی

تاج خورشیدی، لایه بیرونی جو خورشید، به طرز شگفت‌انگیزی داغ‌تر از سطح خورشید است؛ پدیده‌ای که دهه‌هاست ذهن دانشمندان را به خود مشغول کرده است. علاوه بر این، باد خورشیدی که شامل جریان دائمی پلاسما و میدان‌های مغناطیسی است، با سرعت‌های باورنکردنی شتاب می‌گیرد. تصور می‌شود که «افت‌وپراکندگی آشفته» – فرآیندی که طی آن انرژی مکانیکی به گرما تبدیل می‌شود – نقش کلیدی در هر دو پدیده ایفا می‌کند. با این حال، در محیط نزدیک به خورشید که پلاسما عمدتاً فاقد برخوردهای ذره‌ای است، سازوکار دقیق این پراکندگی تا پیش از این ناشناخته مانده بود.

نقش کاوشگر خورشیدی پارکر ناسا

مطالعه جدید بر پایه داده‌های جمع‌آوری شده توسط کاوشگر خورشیدی پارکر ناسا استوار است. این فضاپیما که نزدیک‌ترین فاصله را با خورشید داشته و مستقیماً از درون جو آن عبور کرده، برای نخستین بار به پژوهشگران امکان داده است تا این محیط فوق‌العاده را به طور مستقیم بررسی کرده و داده‌های حیاتی برای رمزگشایی از این معماها را به دست آورند.

کشف «سد پیچشی» و تأثیر آن

این مقاله شواهد محکمی ارائه می‌دهد که نشان می‌دهد «سد پیچشی» فعال است و ماهیت افت‌وپراکندگی آشفته را به طور عمیقی تغییر می‌دهد. این اثر که پیش‌تر تنها در حد یک نظریه مطرح بود، مانعی در برابر زنجیره آشفتگی در مقیاس‌های کوچک ایجاد می‌کند و اساساً نحوه از بین رفتن نوسانات و در نتیجه نحوه گرم شدن پلاسما را تغییر می‌دهد.

جک مک‌اینتایر، دانشجوی دکترای دانشگاه کوئین مری لندن و نویسنده اصلی این مطالعه، می‌گوید: «این یافته هیجان‌انگیز است، زیرا با تأیید حضور «سد پیچشی»، می‌توانیم ویژگی‌هایی از باد خورشیدی را که پیش‌تر غیرقابل توضیح بودند، از جمله اینکه چرا پروتون‌های آن معمولاً داغ‌تر از الکترون‌ها هستند، توضیح دهیم. با بهبود درک ما از افت‌وپراکندگی آشفته، این کشف می‌تواند پیامدهای مهمی برای سایر سامانه‌های اخترفیزیکی نیز داشته باشد.»

شرایط شکل‌گیری «سد پیچشی»

گروه تحقیقاتی همچنین شرایط خاصی را که این سد در آن شکل می‌گیرد، شناسایی کرده است. آن‌ها دریافتند که «سد پیچشی» زمانی به طور کامل گسترش می‌یابد که:

• شدت میدان مغناطیسی در مقایسه با فشار پلاسما بزرگ باشد.
• عدم تعادل بین امواج پلاسما که در جهت‌های مخالف منتشر می‌شوند، بیشتر باشد.

نکته مهم این است که این شرایط در نزدیکی خورشید، جایی که کاوشگر پارکر در حال بررسی آن است، اغلب برقرار هستند. این بدان معناست که اثر «سد پیچشی» باید گسترده و شایع باشد.

دکتر کریستوفر چن، استاد فیزیک پلاسماهای فضایی در دانشگاه کوئین مری لندن و استاد راهنمای مک‌اینتایر، می‌گوید: «این مقاله از آن جهت مهم است که شواهد روشنی از وجود سد پیچشی ارائه می‌دهد؛ که به پرسش‌های دیرینه درباره گرمایش تاج خورشیدی و شتاب‌گیری باد خورشیدی پاسخ می‌دهد که از جمله آن‌ها می‌توان به امضاهای دمایی مشاهده‌شده در جو خورشید و تغییرپذیری جریان‌های گوناگون باد خورشیدی اشاره کرد. این موضوع به ما کمک می‌کند تا فیزیک پایه افت‌وپراکندگی آشفته را بهتر درک کنیم، ارتباط بین فیزیک در مقیاس کوچک و ویژگی‌های کلی هلیوسفر را بفهمیم، و پیش‌بینی بهتری از وضعیت‌های آب‌وهوای فضایی ارائه دهیم.»

پیامدهای گسترده برای اخترفیزیک

پیامدهای این کشف فراتر از ستاره ماست، زیرا بسیاری از پلاسماهای داغ و رقیق اخترفیزیکی در جهان نیز فاقد برخوردهای ذره‌ای هستند. درک اینکه چگونه انرژی در این محیط‌ها به گرما تبدیل می‌شود، پیامدهای گسترده‌ای برای اخترفیزیک دارد. مشاهده مستقیم «سد پیچشی» در باد خورشیدی، آزمایشگاهی طبیعی و منحصربه‌فرد برای مطالعه این فرآیندهای پیچیده فراهم می‌آورد.