کشف منشاء الکترون‌های پرانرژی خورشیدی توسط مدارگرد خورشیدی

کشف دو نوع متمایز از الکترون‌های خورشیدی

این پژوهش، دو نوع کاملاً متمایز از الکترون‌های خورشیدی را با منشاءهای متفاوت آشکار ساخت. یک گروه از این الکترون‌ها با شراره‌های خورشیدی که از مناطق کوچک خورشید منفجر می‌شوند، مرتبط هستند. در مقابل، گروه دیگر با فوران‌های بزرگ‌تر و قدرتمندتر پلاسما که به «خروج جرم از تاج خورشیدی» (CMEs) معروف‌اند، ارتباط دارند.

«الکساندر وارموث»، سرپرست تیم پژوهشی و محقق «موسسه اخترفیزیک لایب‌نیتس پوتسدام» (AIP) اظهار داشت: «ما یک تقسیم واضح بین رویدادهای ذرات تحریک‌پذیر می‌بینیم، جایی که این الکترون‌های پرانرژی به صورت انفجاری از سطح خورشید از طریق شراره‌های خورشیدی به سرعت دور می‌شوند. رویدادهای تدریجی که با خروج جرم از تاج خورشیدی گسترده‌تر مرتبط هستند، موج گسترده‌تری از ذرات را در طول بازه‌های زمانی طولانی‌تر منتشر می‌کنند.»

پژوهشگران خورشیدی پیش از این نیز از وجود دو خانواده از «الکترون‌های پرانرژی خورشیدی» آگاه بودند، اما مشاهدات دقیق «مدارگرد خورشیدی» سرانجام امکان تمایز قائل شدن بین منشاء این دو جمعیت ذرات را فراهم آورد.

«وارموث» توضیح داد: «ما تنها با مشاهده صدها رویداد در فواصل مختلف از خورشید و با استفاده از چندین ابزار، قادر به شناسایی و درک این دو گروه بودیم. با نزدیک شدن به ستاره خود، توانستیم ذرات را در حالت اولیه خالص اندازه‌گیری کنیم و بنابراین زمان و مکان دقیق شروع آنها را در خورشید تعیین کنیم.»

تأخیر در مشاهده الکترون‌ها و تأثیر باد خورشیدی

«مدارگرد خورشیدی» توانست الکترون‌های خورشیدی را در فواصل مختلف از خورشید مشاهده کند و به تیم اجازه داد تا رفتار این ذرات را در طول سفرشان در منظومه شمسی بررسی کنند. یکی از اهداف اصلی این کار، کشف دلیل تأخیر زمانی بود که اغلب بین پرتاب یک شراره خورشیدی یا «خروج جرم از تاج خورشیدی» و مشاهده الکترون‌ها وجود دارد، زیرا گاهی ساعت‌ها طول می‌کشد تا این الکترون‌ها از خورشید فرار کنند.

«لورا رودریگز-گارسیام»، عضو تیم و پژوهشگر «آژانس فضایی اروپا»، گفت: «این امر نشان می‌دهد که این تأخیر حداقل تا حدی مربوط به نحوه حرکت الکترون‌ها در فضاست. الکترون‌ها با تلاطم روبرو می‌شوند، در جهات مختلف پراکنده می‌شوند، بنابراین ما فوراً آنها را مشاهده نمی‌کنیم. این اثرات با دور شدن از خورشید افزایش می‌یابند.»

سفر «الکترون‌های پرانرژی خورشیدی» در منظومه شمسی تحت تأثیر باد خورشیدی قرار می‌گیرد که جریانی از ذرات باردار است و میدان مغناطیسی خورشید را با خود می‌کشد. از آنجا که این الکترون‌ها ذراتی باردار هستند، مسیر آنها در فضا توسط باد خورشیدی و میدان‌های مغناطیسی مرتبط محدود و پراکنده می‌شوند. این مطالعه نشان‌دهنده قابلیت‌های انقلابی «مدارگرد خورشیدی» در بررسی خورشید و محیط آن است.

«دانیل مولر»، دانشمند پروژه «آژانس فضایی اروپا» برای مدارگرد خورشیدی، بیان کرد: «ما به لطف «مدارگرد خورشیدی» در حال آشنایی بیشتر با ستاره خود هستیم. این مدارگرد در طول پنج سال اول حضور خود در فضا، تعداد زیادی رویداد الکترون‌های خورشیدی را مشاهده کرده است. در نتیجه، توانستیم تحلیل‌های دقیقی انجام دهیم و یک پایگاه داده منحصر به فرد را برای جامعه جهانی برای کاوش جمع‌آوری کنیم.»

پیامدهای برای آب و هوای فضایی و ماموریت‌های آینده

این مطالعه می‌تواند پیامدهای مهمی برای درک ما از آب و هوای فضایی و تأثیر آن بر فضاپیماهای اطراف زمین داشته باشد. الکترون‌های خورشیدی پرتاب شده توسط «خروج جرم از تاج خورشیدی» انرژی بالاتری دارند و می‌توانند آسیب بسیار بیشتری به فناوری وارد کنند. بنابراین، تمایز بین دو نوع الکترون‌های خورشیدی می‌تواند پیش‌بینی آب و هوای فضایی را به شدت بهبود بخشد.

«مولر» افزود: «دانش حاصل از «مدارگرد خورشیدی» به محافظت از فضاپیماهای دیگر در آینده کمک خواهد کرد، با این امکان که ما ذرات پرانرژی خورشید را که فضانوردان و ماهواره‌های ما را تهدید می‌کنند، بهتر درک کنیم. این مطالعه یک مثال واقعاً عالی از قدرت همکاری است.»

دانشمندان با پرتاب «ماموریت اسمایل» (Smile) توسط «آژانس فضایی اروپا» در سال ۲۰۲۶، تصویر بهتری از تأثیر فوران‌های خورشیدی به دست خواهند آورد. این ماموریت، باد خورشیدی و نحوه تعامل آن با مگنتوسفر را اندازه‌گیری خواهد کرد.

همچنین، «فضاپیمای رصد خورشیدی ویجیل» (Vigil) از «آژانس فضایی اروپا» در سال ۲۰۳۱ پرتاب خواهد شد. این فضاپیما با هدف بررسی خورشید و شناسایی رویدادهای خورشیدی بالقوه مخرب در لبه خورشید، قبل از اینکه به سمت زمین برگردند، پرتاب می‌شود. این موضوع باید پیش‌بینی آب و هوای فضایی را به طور قابل توجهی بهبود بخشد و به دانشمندان امکان دهد قدرت، جهت و احتمال تأثیر فوران‌های خورشیدی بر زمین را تعیین کنند.

این مطالعه مهم در مجله Astronomy & Astrophysics منتشر شده است.