میدان مغناطیسی بینسیارهای یا Interplanetary Magnetic Field (IMF) یکی از اساسیترین ساختارهای محیط میانسیارهای است که از خورشید سرچشمه میگیرد و توسط باد خورشیدی در سراسر منظومه پخش میشود. این میدان در حقیقت ادامه میدان مغناطیسی خورشید است که همراه با پلاسما به فضای بین سیارهها منتقل میشود. فهم رفتار IMF برای تحلیل و پیشبینی طوفانهای شدید خورشیدی و اختلالات ژئومغناطیسی اهمیت حیاتی دارد.
منشأ اصلی میدان مغناطیسی بین سیارهای در لایههای عمیق خورشید، بهویژه ناحیه دیناموی خورشیدی قرار دارد. خورشید به دلیل چرخش تفاضلی و حرکتهای آشفته پلاسما، میدان پیچیدهای تولید میکند. این میدان با باد خورشیدی به بیرون رانده میشود و به دلیل چرخش خورشید، به شکل الگوی معروف مارپیچ پارکر (Parker Spiral) دیده میشود. در فاصله مدار زمین، این مارپیچ تقریباً زاویه ۴۵ درجه دارد و همین ساختار جهتگیری مؤلفههای میدان را تعیین میکند.
IMF در مدلسازیها به سه مؤلفه Bx، By و Bz تقسیم میشود و بزرگی میدان از رابطه مشهور Bt محاسبه میشود که برابر است با:
Bt = √(Bx² + By² + Bz²)
مقدار Bt نشاندهنده قدرت میدان مغناطیسی باد خورشیدی است و نقش مهمی در شدت طوفان دارد. هرچقدر Bt بزرگتر باشد، توانایی میدان خورشیدی برای ایجاد اختلالات ژئومغناطیسی بیشتر خواهد بود.
اما در میان تمام مؤلفهها، مؤلفه Bz از همه مهمتر است. دلیل اهمیت Bz این است که جهتگیری این مؤلفه تعیین میکند آیا میدان خورشیدی میتواند با میدان مغناطیسی زمین اتصال برقرار کند یا نه. اگر Bz مثبت باشد، میدان خورشیدی در راستای شمال قرار میگیرد و با میدان زمین همجهت است. در این حالت اتصال مغناطیسی بسیار ضعیف و انرژی انتقالی ناچیز است. در نتیجه احتمال وقوع طوفان ژئومغناطیسی پایین است.
اما هنگامی که Bz منفی (Bz < 0) باشد، شرایط کاملاً متفاوت میشود. در این حالت میدان مغناطیسی باد خورشیدی رو به جنوب جهت میگیرد و دقیقاً مخالف جهت میدان مغناطیسی زمین در ناحیه روزانه مگنتوسفر قرار میگیرد. این مخالفت، امکان «اتصال مجدد مغناطیسی» یا Magnetic Reconnection را فراهم میکند؛ پدیدهای که طی آن خطوط میدان مغناطیسی بازآرایی میشوند و مقدار عظیمی انرژی از باد خورشیدی به سیستم مغناطیسی زمین تزریق میگردد. همین فرایند موتور اصلی طوفانهای ژئومغناطیسی است.
در هنگام Bz منفی، انرژی زیادی وارد مگنتوسفر میشود و باعث افزایش جریان حلقهای، تقویت شفقهای قطبی، تغییرات چشمگیر شاخصهای Kp و Dst، اختلالات GPS، نوسانات رادیویی HF و حتی فشار آوردن به شبکههای برق در طوفانهای شدید میشود. برای همین Bz منفی به عنوان یکی از خطرناکترین وضعیتهای فضاهواشناسی شناخته میشود.
آستانههای Bt نیز نقش تعیینکنندهای دارند. در حالت عادی، Bt بین ۳ تا ۷ نانوتسلا است. ولی در زمان برخورد CME یا ساختارهای فشرده باد خورشیدی، Bt به ۲۰، ۳۰ و حتی بیش از ۵۰ نانوتسلا هم میرسد. اگر در همین زمان Bz نیز کاملاً منفی باشد، احتمال وقوع طوفان شدید ژئومغناطیسی بالا میرود. تاریخ نشان داده که بزرگترین طوفانها، مانند رویدادهای ۱۹۸۹ کانادا یا رویداد کارینگتون ۱۸۵۹، زمانی رخ دادهاند که IMF هم قدرتمند بوده و هم Bz برای چندین ساعت منفی باقی مانده است.
رفتار IMF در اطراف زمین توسط ماهوارههایی مانند DSCOVR و ACE در نقطه L1 بهطور پیوسته اندازهگیری میشود. این ماهوارهها حدود ۳۰ تا ۶۰ دقیقه پیش از رسیدن باد خورشیدی به زمین، شرایط آن را گزارش میکنند. پیشبینیهای فضایی بر اساس همین دادهها ساخته میشوند و مقدار Bz در میان این پارامترها بیشترین وزن را دارد.
تصویر شماتیک زیر، نمایی ساده از وضعیت Bz منفی را نشان میدهد. در این حالت، خطوط میدان مغناطیسی خورشید از سمت جنوب به سمت زمین وارد میشوند و در نقطه برخورد، جهت مخالف خطوط میدان مغناطیسی زمین پیدا میکنند. این تضاد جهت، همان چیزی است که اتصال مجدد را فعال و طوفان را آغاز میکند.
در مجموع، میدان مغناطیسی بینسیارهای و مؤلفههای Bt و Bz نقش کلیدی در درک رفتار طوفانهای خورشیدی دارند. بدون اندازهگیری این پارامترها، پیشبینی وضعیت فضا و اثرات آن بر زمین امکانپذیر نیست. فهم دقیق این مفاهیم باعث میشود بهدرستی بدانیم چرا برخی طوفانهای خورشیدی بیخطرند اما برخی دیگر میتوانند سامانههای ارتباطی، ناوبری و حتی زیرساختهای برق را تحت تأثیر قرار دهند. فضاهواشناسی علمی است که هنوز در حال پیشرفت است و اهمیت آن با وابستگی بشر به فناوریهای حساس به مغناطیسسپهر روزبهروز بیشتر میشود.