برای نخستین بار، نقشه‌ی مرز نامرئی خورشید آشکار شد

دانشمندان با تکیه بر توانِ ترکیبیِ فضاپیماهایی که در سراسر منظومه‌ی شمسی پراکنده‌اند، دقیق‌ترین نقشه‌ای را که تاکنون از مرزی پیرامون خورشید تهیه شده، ساخته‌اند؛ مرزی که در آن، فشار مغناطیسی خورشید دیگر نمی‌تواند باد خورشیدی را شتاب دهد.

به‌گزارش انتخاب و به نقل از sciencealert ؛ این مرز «سطح آلفون» نام دارد. پژوهشگران نه‌تنها شکل این سطح را ترسیم کرده‌اند، بلکه نشان داده‌اند این ساختار چگونه در نیمه‌ی نخست چرخه‌ی خورشیدی ۲۵ تغییر کرده است؛ چرخه‌ای که در آن فعالیت‌های خورشیدی مانند لکه‌های خورشیدی، شراره‌ها و پرتاب جرم تاجی طی حدود ۱۱ سال به اوج می‌رسند و سپس فروکش می‌کنند.

این نخستین بار است که این ساختار متغیر، به‌صورت پیوسته و با استفاده از داده‌های چند فضاپیما بازسازی می‌شود؛ کاری که اطلاعاتی حیاتی برای درک جوّ به‌شدت داغ خورشید در اختیار دانشمندان قرار می‌دهد.

سم بَدمن، اخترفیزیک‌دان مرکز اخترفیزیک هاروارد–اسمیتسونین و نویسنده‌ی اصلی این پژوهش می‌گوید:
«داده‌های کاوشگر خورشیدی پارکر از اعماق پایین‌تر از سطح آلفون می‌تواند به پرسش‌های بزرگی درباره‌ی تاج خورشید پاسخ دهد؛ مثلاً این‌که چرا تاج خورشید تا این اندازه داغ است. اما برای پاسخ دادن به این پرسش‌ها، ابتدا باید دقیقاً بدانیم این مرز کجاست.»

در اخترفیزیک، یک «مرز» معمولاً نقطه‌ای تعریف می‌شود که از آن به بعد، قوانین فیزیکیِ حاکم بر رفتار آن ناحیه تغییر می‌کند.

در مورد سطح آلفون ــ مرزی که دهه‌هاست دانشمندان از وجود آن آگاه‌اند ــ این نقطه همان «نقطه‌ی بی‌بازگشت» است؛ جایی که نفوذ مغناطیسی خورشید آن‌قدر ضعیف می‌شود که موج‌های ماده‌ی خورشیدی دیگر نمی‌توانند به سمت خورشید بازگردند و باد خورشیدی نیز دیگر از نظر مغناطیسی به خورشید متصل نیست.

باد خورشیدی جریانی از ذرات است که پیوسته از خورشید نشت می‌کند و در سراسر منظومه‌ی شمسی جریان می‌یابد. هرچند این باد می‌تواند از زیر سطح آلفون بگریزد، اما خودِ سطح آلفون مرزی است که در آن، باد خورشیدی از جریانی هدایت‌شده توسط میدان مغناطیسی به جریانی آزاد و رها تبدیل می‌شود.

این‌که این مرز چگونه متلاطم می‌شود، زبانه می‌کشد، منبسط یا منقبض می‌شود، بر نحوه‌ی برهم‌کنش آن با زمین و دیگر سیارات اثر می‌گذارد و نقشی کلیدی در «آب‌وهوای فضایی» دارد؛ پدیده‌ای که می‌تواند ارتباطات، شبکه‌های برق و عملکرد ماهواره‌ها را تحت تأثیر قرار دهد.

علاوه بر این، خورشید تنها ستاره‌ای در کل جهان است که ابزار لازم برای اندازه‌گیری مستقیم سطح آلفون آن را در اختیار داریم. البته عملاً یک ابزار اصلی: کاوشگر خورشیدی پارکر.

از سال ۲۰۲۱، پارکر بارها به زیر سطح آلفون نفوذ کرده و داده‌هایی به زمین فرستاده که دانشمندان اکنون با اطمینان می‌دانند نمونه‌برداری مستقیم از پویایی‌های «زیرِ آلفونی» هستند.

مایکل استیونز، اخترشناس مرکز اخترفیزیک هاروارد–اسمیتسونین، می‌گوید:
«این پژوهش بدون هیچ تردیدی نشان می‌دهد که کاوشگر پارکر در هر مدار، عمیق‌تر به ناحیه‌ای فرو می‌رود که باد خورشیدی در آن متولد می‌شود.»

او می‌افزاید:
«ما اکنون وارد دوره‌ای هیجان‌انگیز شده‌ایم؛ دوره‌ای که در آن این کاوشگر از نزدیک شاهد خواهد بود که این فرایندها چگونه با ورود خورشید به مرحله‌ی بعدی چرخه‌ی فعالیتش تغییر می‌کنند.»

پژوهشگران داده‌هایی را بررسی کردند که پارکر هنگام نزدیک‌ترین گذرهایش از خورشید ــ شیرجه‌هایی جسورانه به دل جوّ خورشید ــ ثبت کرده بود.

آن‌ها این داده‌ها را با مشاهدات فضاپیمای سولار اوربیتر که از فاصله‌ای امن‌تر خورشید را رصد می‌کند، و همچنین با داده‌های سه فضاپیمای مستقر در نقطه‌ی لاگرانژی L1 تطبیق دادند؛ ناحیه‌ای پایدار از نظر گرانشی میان زمین و خورشید که حاصل برهم‌کنش نیروهای گرانشی و نیروی گریز از مرکز است.

این سه فضاپیما اطلاعاتی درباره‌ی سرعت، چگالی، دما و میدان مغناطیسی باد خورشیدیِ در حال خروج فراهم کردند.

بر اساس این داده‌ها، شکل دوبعدی و دندانه‌دار سطح آلفون خورشید در نزدیکی صفحه‌ی استوایی خورشید بازسازی شد.

نتایج نشان داد که در بیشتر گذرهای نزدیک، کاوشگر پارکر تنها از کنار برآمدگی‌های متلاطم سطح آلفون عبور کرده است.

تنها در دو شیرجه‌ی عمیق‌تر ــ که در اوج فعالیت خورشیدی و هم‌زمان با بیشینه‌ی چرخه‌ی ۱۱ ساله‌ی خورشید انجام شد ــ این کاوشگر توانست به‌طور کامل به زیر سطح آلفون نفوذ کند.

داده‌های ترکیبی که طی شش سال و هم‌زمان با افزایش فعالیت خورشید در نیمه‌ی نخست چرخه جمع‌آوری شده‌اند، نشان می‌دهند که با افزایش فعالیت خورشیدی، سطح آلفون حدود ۳۰ درصد نسبت به ارتفاع میانی خود منبسط شده است.

در چرخه‌های خورشیدی قوی‌تر یا ضعیف‌تر، این اثر احتمالاً به‌ترتیب شدیدتر یا خفیف‌تر خواهد بود.

بدمن می‌گوید:
«آنچه با عبور خورشید از چرخه‌های فعالیت می‌بینیم این است که شکل و ارتفاع سطح آلفون پیرامون خورشید هم بزرگ‌تر می‌شود و هم نوک‌تیزتر. این دقیقاً همان چیزی بود که پیش‌تر پیش‌بینی کرده بودیم، اما حالا می‌توانیم آن را به‌طور مستقیم تأیید کنیم.»

این یافته‌ها به دانشمندان کمک می‌کند فیزیک خورشید را با جزئیات بیشتری درک کنند؛ به‌ویژه با داده‌های جدیدی که پارکر در گذرهای آینده و هم‌زمان با نزدیک شدن خورشید به کمینه‌ی فعالیت خود ثبت خواهد کرد.

این پژوهش همچنین برای مطالعه‌ی ستارگان دیگر نیز پیامدهایی دارد. برای مثال، ستارگانی با میدان مغناطیسی قوی‌تر احتمالاً مرزهای آلفونی بسیار بزرگ‌تری دارند؛ موضوعی که می‌تواند بر سیارات نزدیک به آن‌ها اثر بگذارد و حتی قابلیت زیست‌پذیری را محدود کند.

بدمن در پایان می‌گوید:
«پیش از این، فقط می‌توانستیم مرز خورشید را از دور تخمین بزنیم، بدون آن‌که راهی برای آزمودن درستی آن داشته باشیم. اما اکنون نقشه‌ای دقیق در اختیار داریم که می‌توانیم با استفاده از آن، هنگام مطالعه‌ی خورشید در این ناحیه حرکت کنیم.»

او اضافه می‌کند:
«و از همه مهم‌تر، حالا می‌توانیم این مرز را در حال تغییر تماشا کنیم و این را با داده‌های نزدیک و مستقیم تطبیق دهیم. همین موضوع تصویر بسیار روشن‌تری از آنچه واقعاً در اطراف خورشید می‌گذرد به ما می‌دهد.»