آب و هوای فضا، اختلالات باد خورشیدی و انفجارهای رادیویی

خورشیدی باد، جریان ذرات باردار الکتریکی که از لایه بیرونی اتمسفر تاج خورشید سرچشمه می‌گیرد، تهدیدی برای شکل حیات و فناوری الکتریکی مبتنی بر جامعه بشری مدرن است. میدان مغناطیسی زمین محافظت در برابر ورودی را فراهم می کند خورشیدی باد با منحرف کردن آنها به دور. شدید خورشیدی رویدادهایی مانند بیرون راندن جرم پلاسمای باردار الکتریکی از تاج خورشید باعث ایجاد اختلال در خورشیدی باد بنابراین، بررسی اختلالات در شرایط خورشیدی باد (نامیده می شود فضا آب و هوا) یک امر ضروری است. خروج جرم تاج (CMEs)، همچنین به نام "خورشیدی طوفان یافضا طوفان ها با خورشیدی رادیو می ترکد. مطالعه ی خورشیدی انفجارهای رادیویی در رصدخانه های رادیویی می تواند ایده ای در مورد CME و شرایط باد خورشیدی به دست دهد. اولین مطالعه آماری (به تازگی منتشر شده) از 446 انفجار رادیویی نوع IV ثبت شده مشاهده شده در آخرین چرخه خورشیدی 24 (هر چرخه به تغییر میدان مغناطیسی خورشید در هر 11 سال اشاره دارد)، نشان داده است که اکثر رادیوهای نوع IV با مدت طولانی خورشیدی انفجارها با پرتاب جرم تاجی (CMEs) و اختلال در شرایط باد خورشیدی همراه بودند. 

دقیقاً همانطور که آب و هوا روی زمین تحت تأثیر اختلالات باد قرار می گیرد، فضا آب و هوا تحت تأثیر اختلالات در «باد خورشیدی» است. اما شباهت در اینجا به پایان می رسد. بر خلاف باد روی زمین که از هوای متشکل از گازهای جوی مانند نیتروژن، اکسیژن و غیره تشکیل شده است، باد خورشیدی از پلاسمای فوق گرم تشکیل شده است که از ذرات باردار الکتریکی مانند الکترون ها، پروتون ها، ذرات آلفا (یون های هلیوم) و یون های سنگین که به طور پیوسته از آن خارج می شوند، تشکیل شده است. جو خورشید در همه جهات از جمله در جهت زمین.   

خورشید منبع نهایی انرژی برای حیات روی زمین است، از این رو در بسیاری از فرهنگ ها به عنوان حیات بخش مورد احترام است. اما یک طرف دیگر نیز وجود دارد. باد خورشیدی، جریان پیوسته ذرات باردار الکتریکی (یعنی پلاسما) که از اتمسفر خورشیدی سرچشمه می گیرد، حیات روی زمین را تهدید می کند. به لطف میدان مغناطیسی زمین که بیشتر بادهای خورشیدی یونیزان را منحرف می کند (از زمین) و جو زمین که بیشتر تابش باقیمانده را جذب می کند و در نتیجه از تابش یونیزان محافظت می کند. اما چیزهای بیشتری در آن وجود دارد - علاوه بر تهدید برای اشکال حیات بیولوژیکی، باد خورشیدی همچنین تهدیدی برای الکتریسیته و فن آوری جامعه مدرن است. سیستم های الکترونیکی و کامپیوتری، شبکه های برق، خطوط لوله نفت و گاز، مخابرات، ارتباطات رادیویی از جمله شبکه های تلفن همراه، جی پی اس، فضا ماموریت ها و برنامه ها، ارتباطات ماهواره ای، اینترنت و غیره - همه اینها به طور بالقوه می توانند با اختلال در باد خورشیدی مختل شده و متوقف شوند.¹. فضانوردان و فضاپیماها به ویژه در معرض خطر هستند. چندین نمونه از این در گذشته وجود داشت، به عنوان مثال، مارس 1989 خاموشی کبکدر کانادا ناشی از شعله ی عظیم خورشیدی شبکه برق به شدت آسیب دیده بود. برخی از ماهواره ها نیز آسیب دیده بودند. بنابراین، نظارت بر شرایط باد خورشیدی در مجاورت زمین ضروری است - چگونه ویژگی های آن مانند سرعت و چگالی، میدان مغناطیسی قدرت و جهت گیری و سطوح ذرات پرانرژی (به عنوان مثال، فضا آب و هوا) بر اشکال زندگی و جامعه بشری مدرن تأثیر خواهد گذاشت.  

مانند "پیش بینی آب و هوا"، می تواندفضا آب و هوا نیز پیش بینی شود؟ چه چیزی باد خورشیدی و شرایط آن را در مجاورت زمین تعیین می کند؟ آیا هر گونه تغییر جدی در فضا آب و هوا از قبل برای انجام اقدامات پیشگیرانه برای به حداقل رساندن اثرات مخرب بر روی زمین شناخته شده است؟ و اصلا چرا باد خورشیدی تشکیل می شود؟   

خورشید گلوله ای از گاز با بار الکتریکی داغ است و بنابراین سطح مشخصی ندارد. لایه فوتوسفر به عنوان سطح خورشید در نظر گرفته می شود زیرا این همان چیزی است که ما می توانیم با نور مشاهده کنیم. لایه های زیر فوتوسفر به سمت داخل به سمت هسته برای ما مات هستند. اتمسفر خورشیدی از لایه هایی در بالای سطح فوتوسفر خورشید تشکیل شده است. این هاله شفاف گازی است که خورشید را احاطه کرده است. اتمسفر خورشیدی که در زمان خورشید گرفتگی کامل از زمین بهتر دیده می‌شود، دارای چهار لایه است: کروموسفر، منطقه گذار خورشیدی، تاج و هلیوسفر.  

باد خورشیدی در تاج، لایه دوم (از خارج) جو خورشید تشکیل می شود. کرونا لایه ای از پلاسمای بسیار داغ است. در حالی که دمای سطح خورشید حدود 6000 کلوین است، دمای متوسط ​​تاج حدود 1 تا 2 میلیون کلوین است. مکانیسم و ​​فرآیندهای گرم شدن تاج و شتاب باد خورشیدی تا حد بسیار زیاد، "پارادوکس گرمایش تاجی" نامیده می شود. سرعت بالا و گسترش به بین سیاره ای فضا هنوز به خوبی درک نشده است ² اگرچه در مقاله‌ای اخیر، محققان به دنبال حل این مشکل از طریق فوتون‌های منشأ اکسیون (ذره بنیادی ماده تاریک فرضی) بوده‌اند. ³.  

گاهی اوقات، مقدار زیادی پلاسمای داغ از تاج به بیرونی ترین لایه جو خورشید (هلیوسفر) پرتاب می شود. خروج جرمی پلاسما از تاج که به آن پرتاب جرم تاجی (CME) گفته می شود، اختلالات زیادی در دما، سرعت، چگالی و باد خورشیدی ایجاد می کند. بین سیاره ای میدان مغناطیسی. اینها طوفان های مغناطیسی قوی در میدان ژئومغناطیسی زمین ایجاد می کنند ⁴. فوران پلاسما از تاج شامل شتاب الکترون ها و شتاب ذرات باردار باعث تولید امواج رادیویی می شود. در نتیجه، خروج جرم تاجی (CME) نیز با انفجار سیگنال های رادیویی از خورشید مرتبط است. ⁵است. بنابراین، فضا مطالعات آب و هوا شامل مطالعه زمان و شدت خروج جرم پلاسما از تاج در ارتباط با انفجارهای خورشیدی مرتبط است که یک انفجار رادیویی نوع IV برای مدت طولانی (بیش از 10 دقیقه) است.    

وقوع انفجارهای رادیویی در چرخه های خورشیدی اولیه (چرخه تناوبی میدان مغناطیسی خورشید هر 11 سال) در رابطه با خروج جرم تاجی (CMEs) در گذشته مورد مطالعه قرار گرفته است.  

یک مطالعه آماری بلند مدت اخیر توسط آنشو کوماری و همکاران از دانشگاه هلسینکی در انفجارهای رادیویی مشاهده شده در چرخه خورشیدی 24، ارتباط انفجارهای رادیویی طولانی مدت و با فرکانس وسیع تر (به نام انفجارهای نوع IV) با CME را بیشتر روشن می کند. این تیم دریافت که حدود 81 درصد از انفجارهای نوع IV با بیرون زدگی توده تاجی (CMEs) دنبال می شود. حدود 19 درصد از انفجارهای نوع IV با CME همراه نبودند. علاوه بر این، تنها 2.2 درصد از CME ها با انفجارهای رادیویی نوع IV همراه هستند ⁶.  

درک زمان بندی انفجارهای طولانی مدت نوع IV و CME ها به صورت تدریجی به طراحی و زمان بندی در حال انجام و آینده کمک می کند. فضا بر این اساس، برنامه هایی را برای کاهش تأثیر آنها بر چنین مأموریت هایی و در نهایت بر اشکال حیات و تمدن روی زمین برنامه ریزی می کند. 

***

منابع:    

1. سفید SM.، nd. انفجارهای رادیویی خورشیدی و فضا آب و هوا دانشگاه مریلند. در دسترس آنلاین در https://www.nrao.edu/astrores/gbsrbs/Pubs/AJP_07.pdf قابل دسترسی در 29 Jamaury 2021. 

2. Aschwanden MJ et al 2007. The Coronal Heating Paradox. The Astrophysical Journal, Volume 659, Number 2. DOI: https://doi.org/10.1086/513070  

3. Rusov VD, Sharph IV, et al 2021. راه حل مشکل گرمایش تاج با استفاده از فوتون های منشاء آکسیون. Physics of the Dark Universe جلد 31، ژانویه 2021، 100746. DOI: https://doi.org/10.1016/j.dark.2020.100746  

4. Verma PL., et al. 2014. پرتاب جرم تاج و اختلالات در پارامترهای پلاسمای باد خورشیدی در رابطه با طوفان های ژئومغناطیسی. مجله فیزیک: مجموعه کنفرانس 511 (2014) 012060. DOI: https://doi.org/10.1088/1742-6596/511/1/012060   

5. Gopalswamy N.، 2011. پرتاب جرم تاج و انتشارات رادیویی خورشیدی. مرکز داده CDAW ناسا. در دسترس آنلاین در https://cdaw.gsfc.nasa.gov/publications/gopal/gopal2011PlaneRadioEmi_book.pdf مشاهده شده در 29 ژانویه 2021.  

6. Kumari A.، Morosan DE., and Kilpua EKJ.، 2021. در مورد وقوع انفجارهای رادیویی خورشیدی نوع IV در چرخه خورشیدی 24 و ارتباط آنها با خروج جرم تاج. منتشر شده در 11 ژانویه 2021. مجله Astrophysical، جلد 906، شماره 2. DOI: https://doi.org/10.3847/1538-4357/abc878  

***