شاخص Dst و طوفانهای خورشیدی
شاخص Dst (Disturbance Storm Time) یکی از مهمترین شاخصهای فیزیک فضا است که برای سنجش شدت طوفانهای ژئومغناطیسی بهکار میرود. این شاخص تغییرات میدان مغناطیسی زمین را که ناشی از فعالیتهای خورشیدی و جریانهای الکتریکی در مگنتوسفر است، اندازهگیری میکند. واحد Dst نانوتسلا (nT) است و مقادیر منفی آن نشاندهنده کاهش میدان مغناطیسی زمین و شدت طوفان ژئومغناطیسی میباشد.
برای اندازهگیری شاخص Dst از مغناطیسسنجهای زمینشناسی استفاده میشود. این ابزارها در چند ایستگاه مغناطیسی توزیعشده در نقاط استوایی زمین نصب شدهاند و تغییرات میدان مغناطیسی را با دقت بالا ثبت میکنند. دادههای این ایستگاهها بهصورت ساعتی جمعآوری شده و شاخص Dst از میانگین آنها محاسبه میشود.
طوفانهای خورشیدی زمانی رخ میدهند که فورانهای خورشیدی مانند شرارههای خورشیدی (Solar Flares) یا پرتاب جرم تاج خورشیدی (CME) به زمین میرسند. اگر میدان مغناطیسی پلاسما جهت مخالف میدان زمین (مؤلفه Bz منفی) داشته باشد، انرژی زیادی وارد مگنتوسفر میشود و باعث تحریک جریانهای الکتریکی در اطراف زمین میگردد. این جریانها مهمترین عامل تغییر شاخص Dst هستند.
یکی از اصلیترین جریانهایی که بر Dst تأثیر میگذارد، جریان حلقوی (Ring Current) است. جریان حلقوی یک جریان الکتریکی بزرگ است که توسط ذرات پرانرژی (یونها و الکترونها) تشکیل میشود و در مگنتوسفر زمین بهصورت یک حلقه تقریباً بسته جریان دارد. این جریان در فاصله تقریبی ۳ تا ۷ شعاع زمین (RE) شکل میگیرد و عمدتاً در راستای شرق به غرب جریان دارد.
منبع اصلی ذرات جریان حلقوی، باد خورشیدی و ذرات پرانرژی تزریقشده در زمان طوفان ژئومغناطیسی هستند. وقتی ذرات باردار وارد مگنتوسفر میشوند، تحت تأثیر میدان مغناطیسی زمین حرکت میکنند و جریان حلقوی ایجاد میشود. این جریان اثر میدان مغناطیسی زمین در سطح زمین را کاهش میدهد، که نتیجه آن کاهش مقادیر Dst است. به زبان ساده، هرچه جریان حلقوی قویتر باشد، Dst منفیتر میشود و طوفان ژئومغناطیسی شدیدتر است.
مقادیر شاخص Dst معمولاً به شکل زیر تفسیر میشوند:
- Dst ≈ 0 تا -30 nT → شرایط آرام
- Dst ≈ -30 تا -50 nT → طوفان ضعیف
- Dst ≈ -50 تا -100 nT → طوفان متوسط
- Dst < -100 nT → طوفان شدید
- Dst < -250 nT → طوفان بسیار شدید (مانند رویداد Carrington)
طوفان ژئومغناطیسی معمولاً دارای سه مرحله است:
- مرحله شروع (Initial Phase): افزایش کوتاهمدت میدان مغناطیسی به دلیل نفوذ ذرات پرانرژی.
- مرحله اصلی (Main Phase): افت شدید Dst به دلیل تقویت جریان حلقوی و کاهش میدان مغناطیسی زمین.
- مرحله بازیابی (Recovery Phase): بازگشت تدریجی Dst به مقادیر عادی و کاهش اثر جریان حلقوی.
شاخص Dst اهمیت زیادی در پیشبینی و پایش اثرات طوفانهای خورشیدی دارد. این شاخص میتواند اختلالات در ماهوارهها، سیستمهای GPS، شبکههای برق، ارتباطات رادیویی HF و همچنین خطر برای فضانوردان را هشدار دهد. به همین دلیل، دانشمندان و مهندسان فضا و هواشناسی فضایی، شاخص Dst را بهصورت روزانه و حتی ساعتی مانیتور میکنند.
به طور خلاصه، شاخص Dst نمایانگر وضعیت میدان مغناطیسی زمین در پاسخ به طوفانهای خورشیدی است و جریان حلقوی اصلیترین مکانیزم پشت این تغییرات میباشد. در زمان طوفانهای شدید، جریان حلقوی تقویت میشود و Dst به مقادیر بسیار منفی میرسد. درک این شاخص و اندازهگیری دقیق آن با مغناطیسسنجها به ما کمک میکند تا اثرات طوفانهای خورشیدی بر زمین و فناوریهای وابسته به آن را پیشبینی کنیم.