چرا برخی از قدرتمندترین شرارههای خورشیدی بدون پرتاب جرم تاجی بودند؟
چرا برخی از قدرتمندترین شرارههای خورشیدی بدون پرتاب جرم تاجی بودند؟
بررسی معمای منطقه فعال NOAA 12192 و نقش امواج رادیویی در تشخیص شرارههای محصور
مقدمه
خورشید ستارهای پویا و مغناطیسی است که بهطور مداوم انرژی آزاد میکند. یکی از پرانرژیترین جلوههای این فعالیت، شرارههای خورشیدی هستند؛ انفجارهایی ناگهانی که در اثر بازآرایی میدانهای مغناطیسی در تاج خورشید رخ میدهند.
در بسیاری از موارد، این شرارهها با پدیدهای بزرگتر به نام پرتاب جرم تاجی (CME) همراهاند؛ فورانی عظیم از پلاسما و میدان مغناطیسی که در صورت برخورد با زمین میتواند موجب طوفانهای ژئومغناطیسی، اختلال در ماهوارهها، سیستمهای ناوبری و حتی شبکههای برق شود.
از نظر آماری، حدود ۵۰ درصد از شرارههای کلاس M و حدود ۹۰ درصد از شرارههای کلاس X با CME همراه هستند. با این حال، در چرخه خورشیدی ۲۴ (SC24) رویدادی رخ داد که این الگوی آماری را به چالش کشید.
معمای منطقه فعال NOAA 12192
در اکتبر ۲۰۱۴، منطقه فعال عظیمی با نام NOAA 12192 از مقابل قرص خورشید عبور کرد. این منطقه حدود ۴۸ شراره کلاس M و ۸ شراره کلاس X تولید کرد. با این حال، تقریباً هیچیک از شرارههای کلاس X آن با CME همراه نبودند؛ موضوعی که برای جامعه فیزیک خورشیدی بسیار غیرمنتظره بود.
پژوهشی در سال ۲۰۱۵ نشان داد که میدانهای مغناطیسی بسیار قوی در لایههای بالایی این منطقه احتمالاً مانند یک «درپوش مغناطیسی» عمل کرده و مانع از گسترش و خروج پلاسما شدهاند. در نتیجه، انرژی آزاد شده اما فوران بزرگی شکل نگرفته است. این رویداد اهمیت مطالعه شرارههای محصور (Confined Flares) را برجسته کرد.
شرارههای فورانی و محصور
از دیدگاه دینامیکی، شرارهها به دو دسته تقسیم میشوند: شرارههای فورانی که همراه با CME هستند و عامل اصلی آبوهوای فضایی شدید محسوب میشوند، و شرارههای محصور که فاقد CME بوده و بازپیوندی مغناطیسی در حلقههای بسته رخ میدهد، بدون آنکه مادهای از تاج خورشید خارج شود.
تا پیش از رویداد NOAA 12192، تمرکز اصلی پژوهشها بر شرارههای فورانی بود، زیرا آنها تهدید مستقیم برای فناوریهای زمینی و فضایی به شمار میرفتند.
نقش امواج رادیویی در تشخیص نوع شراره
پژوهشی در سال ۲۰۲۵ نشان داد که میتوان با استفاده از ویژگیهای تابش رادیویی، احتمال همراهی یک شراره قوی با CME را پیشبینی کرد. در این مطالعه از دادههای شبکه رادیویی زمینی RSTN و همچنین ابزار WAVES روی فضاپیمای Wind استفاده شده است. تمامی شرارههای بررسیشده در این تحقیق حداقل شدت M5.0 داشتند.
آستانه ۴۱۰ مگاهرتز
نتایج نشان داد اگر افزایش شار در ۴۱۰ مگاهرتز کمتر از ۱۰ واحد شار خورشیدی (sfu) بالاتر از زمینه باشد، شراره معمولاً محصور است. اما اگر این مقدار بیش از ۱۰ sfu باشد، احتمال همراهی با CME بالا است.
تابش در ۱ مگاهرتز
شرارههای محصور تقریباً فاقد افزایش تابش در ۱ مگاهرتز هستند، در حالی که شرارههای فورانی تابش قوی در این فرکانس نشان میدهند. از آنجا که فرکانس پلاسما در ۱ مگاهرتز متناظر با ارتفاعی حدود ۷ شعاع خورشیدی از سطح خورشید است، نبود تابش در این فرکانس نشان میدهد که خطوط میدان مغناطیسی باز وجود ندارند و الکترونهای شتابگرفته نمیتوانند به بیرون فرار کنند.
باندهای فرکانسی و ابزارهای اندازهگیری
فرکانس ۴۱۰ مگاهرتز در محدوده UHF (Ultra High Frequency) قرار میگیرد که بازهای تقریباً از ۳۰۰ مگاهرتز تا ۳ گیگاهرتز را شامل میشود. این امواج توسط یونوسفر زمین عبور میکنند و بنابراین با رادیوتلسکوپهای زمینی قابل اندازهگیری هستند. شبکه RSTN خورشید را در چندین فرکانس ثابت پایش کرده و شار را بر حسب واحد sfu اندازهگیری میکند. هر sfu برابر با 10-22 وات بر متر مربع بر هرتز است.
در مقابل، فرکانس ۱ مگاهرتز در محدوده MF (Medium Frequency) قرار دارد که تقریباً از ۳۰۰ کیلوهرتز تا ۳ مگاهرتز را پوشش میدهد. این امواج توسط یونوسفر زمین بازتاب میشوند و به سطح زمین نمیرسند؛ بنابراین اندازهگیری آنها تنها از طریق ماهوارهها امکانپذیر است. در این پژوهش، این دادهها توسط ابزار WAVES روی فضاپیمای Wind ثبت شدهاند.
اهمیت ترکیب دادههای زمینی و فضایی
دادههای ۴۱۰ مگاهرتز اطلاعاتی از ناحیه پایینتر تاج خورشید فراهم میکنند، جایی که الکترونهای پرانرژی در نزدیکی محل شراره حرکت میکنند. در مقابل، دادههای ۱ مگاهرتز مربوط به نواحی بسیار بالاتر تاج خورشید هستند، جایی که شوکهای ناشی از CME گسترش مییابند. ترکیب این دو دیدگاه امکان درک کاملتری از ساختار میدان مغناطیسی و رفتار پلاسما فراهم میکند.
جمعبندی
منطقه فعال NOAA 12192 نشان داد که حتی قدرتمندترین شرارههای خورشیدی نیز الزاماً منجر به پرتاب جرم تاجی نمیشوند. ساختار میدان مغناطیسی بالادست میتواند فوران را سرکوب کند و شرارهای محصور ایجاد نماید.
پژوهشهای جدید نشان میدهند که با استفاده از شاخصهای رادیویی در دو باند متفاوت — UHF در ۴۱۰ مگاهرتز و MF در ۱ مگاهرتز — میتوان با دقت مناسبی نوع شراره را در مراحل اولیه تشخیص داد. این پیشرفت گامی مهم در جهت بهبود پیشبینی آبوهوای فضایی و محافظت از فناوریهای وابسته به فضا به شمار میرود.