مسبار الشمس يلتقط أعلى الصور دقة لسطح الشمس حتى الآن

تُظهر الصور الجديدة للشمس التي التقطتها مهمة Solar Orbiter أعلى دقة لسطح نجمنا المرئي على الإطلاق، وتكشف عن البقع الشمسية والغاز المشحون المتحرك باستمرار الذي يسمى البلازما. يمكن للصور أن تزود علماء الفيزياء الشمسية بأدلة جديدة للمساعدة في كشف أسرار الشمس بشكل لم يسبق له مثيل.

تُظهر الصور، التي التقطت في 22 مارس 2023 وصدرت يوم الأربعاء، جوانب ديناميكية مختلفة للشمس، بما في ذلك حركة مجالها المغناطيسي وتوهج الهالة الشمسية شديدة الحرارة، أو الغلاف الجوي الخارجي.

اعتمدت المركبة الفضائية على اثنتين من أدوات التصوير الستة الخاصة بها، بما في ذلك جهاز التصوير بالأشعة فوق البنفسجية القصوى، أو EUI، وجهاز التصوير القطبي والهيليوزيسمي أو PHI، لالتقاط الصور من على بعد 46 مليون ميل (74 مليون كيلومتر).

وتدور المركبة الشمسية المدارية الشمسية، وهي مهمة مشتركة بين وكالة الفضاء الأوروبية ووكالة ناسا التي أُطلقت في فبراير 2020، حول الشمس من مسافة 26 مليون ميل (42 مليون كيلومتر). وتساعد بعثات مثل سولار أوربيتر ومسبار باركر الشمسي التابع لناسا في الإجابة عن أسئلة رئيسية حول الجرم الذهبي، مثل ما الذي يغذي تيار الجسيمات المشحونة التي تسمى الرياح الشمسية ولماذا تكون الهالة الشمسية أكثر سخونة من سطح الشمس.

يستعد مسبار باركر سولار بروب للقيام بأقرب اقتراب من الشمس تحاول مركبة فضائية القيام به في أواخر ديسمبر/كانون الأول، في حين أن المسبار الشمسي مكلف بالتقاط أقرب صور لسطح الشمس على الإطلاق. سيأخذ مسار رحلة المسبار باركر سولار بروب إلى مكان قريب جداً من الشمس بحيث لا يمكنه حمل كاميرات وتلسكوبات، لكن المسبار الشمسي مزود بمجموعة من الأدوات لمشاركة مشاهداته الفريدة للشمس.

والأكثر من ذلك، يدرس مسبار باركر الشمسي الشمس على مسافات قريبة في وقت مثالي - خلال ذروة دورتها السنوية.

وقال دانيال مولر، عالم مشروع المسبار الشمسي في بيان له: "المجال المغناطيسي للشمس هو المفتاح لفهم الطبيعة الديناميكية لنجمنا الأم من أصغر المقاييس إلى أكبرها".

"تُظهِر هذه الخرائط الجديدة عالية الدقة من جهاز سولار أوربيتر (PHI) الخاص بالمركبة الشمسية المدارية جمال المجال المغناطيسي لسطح الشمس وتدفقاتها بتفاصيل كبيرة. وفي الوقت نفسه، فهي حاسمة الأهمية للاستدلال على المجال المغناطيسي في هالة الشمس الساخنة، التي تقوم أداة EUI بتصويرها."

صور شمسية مذهلة

تُظهر الصور الجديدة معاً طبقات الشمس المتنوعة والمعقدة.

التقط جهاز التصوير القطبي والهيليوزيزمي أعلى دقة تصوير كامل لسطح الشمس المرئي أو الغلاف الضوئي للشمس حتى الآن. ينشأ كل الإشعاع الصادر من الشمس تقريباً من الغلاف الضوئي، حيث تتراوح درجات الحرارة الحارقة بين 8132 و10832 درجة فهرنهايت (4500 و 6000 درجة مئوية).

وتتموج تحت طبقة الفوتوسفير الضوئي بلازما ساخنة تتحرك في منطقة الحمل الحراري للشمس، على غرار الطريقة التي تتحرك بها الصهارة الساخنة داخل عباءة الأرض.

والغرض من جهاز PHI هو رسم خريطة سطوع الغلاف الضوئي وقياس سرعة واتجاه المجالات المغناطيسية للشمس.

وتُظهر صورة الضوء المرئي للغلاف الضوئي البقع الشمسية التي تشبه الثقوب على سطح الشمس. هذه المناطق المظلمة، التي يمكن أن يصل حجم بعضها إلى حجم الأرض أو أكبر، مدفوعة بالمجالات المغناطيسية القوية والمتغيرة باستمرار للشمس. تكون البقع، وهي المناطق التي يخترق فيها المجال المغناطيسي للشمس السطح، أكثر برودة من المناطق المحيطة بها وتصدر ضوءاً أقل.

مكّنت أداة PHI العلماء أيضاً من التقاط خريطة مغناطيسية أو مخطط مغناطيسي يُظهر تركيزات المجال المغناطيسي للشمس داخل مناطق البقع الشمسية. وعادةً ما يساعد الحمل الحراري على نقل الحرارة من داخل الشمس إلى سطح الشمس، لكن هذه العملية تتعطل عندما تضطر الجسيمات المشحونة إلى اتباع خطوط المجال المغناطيسي المتجمعة حول البقع الشمسية.

كما قام العلماء بقياس سرعة واتجاه المواد على سطح الشمس باستخدام خريطة السرعة، أو "مخطط السرعة". تشير الأجزاء الزرقاء إلى الحركة باتجاه سولار أوربيتر، بينما يُظهر اللون الأحمر ما يتحرك بعيداً عن المركبة الفضائية.

ويتحرك الغاز المشحون على سطح الشمس بشكل عام بالتوازي مع كيفية دوران الشمس حول محورها، في حين أن البلازما تندفع في الواقع حول البقع الشمسية.

وفي الوقت نفسه، يراقب جهاز التصوير بالأشعة فوق البنفسجية القصوى هالة الشمس للمساعدة في تحديد سبب ارتفاع درجة حرارتها بشكل كبير عن الغلاف الضوئي، حيث تصل إلى 1.8 مليون درجة فهرنهايت (مليون درجة مئوية). وتوفر صورة الأشعة فوق البنفسجية العليا للهالة الشمسية لقطة لما يحدث فوق الغلاف الضوئي، ويمكن رؤية البلازما الساخنة المتوهجة البارزة من مناطق البقع الشمسية.

ونظراً لقرب سولار أوربيتر من الشمس، كان لا بد من تدوير المركبة الفضائية بعد كل صورة لالتقاط كل جزء من وجه الشمس. ونتيجة لذلك، فإن كل صورة هي نتيجة فسيفساء من 25 صورة فردية.

أعرب مارك مييش، عالم الأبحاث في مركز التنبؤ بالطقس الفضائي التابع للإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي، عن تقديره أنه يمكن رؤية كل من السمات واسعة النطاق، مثل المغناطيسية الشمسية، والسمات صغيرة النطاق على السطح في الصور. لم يشارك ميش في إصدار الصورة.

قال مييش، وهو أيضاً عالم أبحاث في المعهد التعاوني لأبحاث العلوم البيئية في جامعة كولورادو: "كلما نظرنا عن قرب، كلما رأينا المزيد". "لفهم التفاعل المتقن بين الكبير والصغير؛ بين الحقول المغناطيسية الملتوية والتدفقات المتماوجة، نحتاج إلى رؤية الشمس بكل روعتها. هذه الصور عالية الدقة من Solar Orbiter تقربنا من هذا الطموح أكثر من أي وقت مضى."

وقت ديناميكي للشمس

أعلن العلماء من الإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي ووكالة ناسا والهيئة الدولية للتنبؤ بالدورة الشمسية في أكتوبر أن الشمس وصلت إلى الحد الأقصى، أو ذروة النشاط في دورتها التي تستمر 11 عامًا. في ذروة الدورة الشمسية، ينقلب القطبان المغناطيسيان للشمس، مما يؤدي إلى انتقال الشمس من الهدوء إلى النشاط. ويتتبع الخبراء النشاط الشمسي المتزايد من خلال حساب عدد البقع الشمسية التي تظهر على سطح الشمس. ومن المتوقع أن تظل الشمس نشطة خلال العام المقبل أو نحو ذلك.

"قال السيد طلعت، مدير قسم مراقبة الطقس الفضائي في الإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي في الولايات المتحدة الأمريكية، في مؤتمر صحفي في أكتوبر/تشرين الأول: "لا يعني هذا الإعلان أن هذه هي ذروة النشاط الشمسي الذي سنشهده في هذه الدورة الشمسية. فإن الشهر الذي سيبلغ فيه النشاط الشمسي ذروته على الشمس لن يتم تحديده قبل أشهر أو سنوات."

ويؤدي النشاط الشمسي، بما في ذلك التوهجات الشمسية أو المقذوفات الكتلية الإكليلية، إلى حدوث طقس فضائي يؤثر على الأرض. والانبعاثات الكتلية الإكليلية هي سحب كبيرة من الغازات المتأينة التي تسمى البلازما والمجالات المغناطيسية التي تنفجر من الغلاف الجوي الخارجي للشمس. يمكن للعواصف الشمسية التي تولدها الشمس أن تؤثر على شبكات الطاقة الكهربائية ونظام تحديد المواقع العالمي والطيران والأقمار الصناعية في المدار الأرضي المنخفض. كما يتسبب نشاط العواصف أيضاً في انقطاع الاتصال اللاسلكي بل ويشكل مخاطر على البعثات الفضائية المأهولة.

كما أن العواصف مسؤولة أيضاً عن توليد الشفق القطبي الذي يتراقص حول قطبي الأرض، والمعروف باسم الشفق القطبي الشمالي والشفق القطبي الجنوبي. عندما تصل الجسيمات المفعمة بالطاقة من المقذوفات الكتلية الإكليلية إلى المجال المغناطيسي للأرض، فإنها تتفاعل مع الغازات في الغلاف الجوي لتوليد ضوء ملون مختلف في السماء.

في 24 ديسمبر، سيقترب المسبار باركر سولار بروب من سطح الشمس على بعد 3.86 مليون ميل (6.2 مليون كيلومتر)، وهو أقرب من أي جسم من صنع الإنسان إلى الشمس. ويمكن أن يساعد هذا التحليق العلماء في دراسة أصول الطقس الفضائي مباشرة من المصدر، حيث سيقترب المسبار بما يكفي للإبحار عبر أعمدة البلازما والانفجارات الشمسية المتصلة بالشمس.