رصدخانه پویایی شناسی خورشید و ۱۰ کشف درخشان آن

هفته‌ی گذشته، ناسا دهمین سالگرد رصدخانه پویایی‌شناسی خورشید (SDO) را جشن گرفت؛ فضاپیمایی که تصاویر بی‌سابقه‌ای از خورشید را به دنیا نشان داد. SDO در تاریخ ۱۱ فوریه‌ی ۲۰۱۰ پرتاب شد و در اولین دهه‌ی فعالیت خود در مدار خورشید، موفق به رصد عبور سیاره‌ها از برابر خورشید و بررسی فعالیت جو خارجی خورشید (معروف به تاج خورشیدی) شد. این فضاپیما همچنین شاهد تقریبا ۱۱  چرخه‌ی خورشیدی بود. ناسا به مناسبت دهمین سالگرد SDO، بر اساس داده‌های تصویری جمع‌آوری شده از این فضاپیما در ده سال گذشته، به ۱۰ اکتشاف شگفت‌انگیز آن اشاره کرده است.

SDO موفق به ثبت شراره‌های خشمگین در سطح خورشید شد. دوربین‌ها و ابزارهای علمی این رصدخانه برای ثبت رشته‌های سوزان پلاسمای خورشیدی، بر سطح خورشید متمرکز شدند. تلسکوپ خورشیدی ۸۵۰ میلیون دلاری از طریق طول موج‌های مختلف نوری به بررسی نزدیک‌ترین ستاره به زمین پرداخت و فیلم شگفت‌انگیزی را از فعالیت خورشیدی به ثبت رساند. به نقل از ناسا، SDO در ۱۸ ماه اولیه‌ی آغاز به کار خود شاهد تقریبا ۲۰۰ شراره‌ی خورشیدی بود. در نتیجه دانشمندان موفق به شناسایی الگوی یک «فاز متاخر از شراره» شدند. این کشف به درک بهتر میزان انرژی آزادشده از شراره‌ها کمک کرد.

تصویر زیر، شراره‌ی خورشیدی از دسته‌ی M1.5 را در تاریخ ۳ ژوئیه‌ی ۲۰۱۳ نشان می‌دهد (پائین، سمت چپ). شراره‌ی خورشیدی تقریبا در ساعت ۳ صبح به وقت شرقی (EDT) ظاهر شد و توسط SDO رصد شد. این رصدخانه تصویری از طوفان خورشیدی ماهانه را ثبت کرد.

• کاوشگر پارکر ناسا به صدای باد خورشیدی گوش می‌دهد
• سولار اوربیتر پرتاب شد؛ کاوشگری برای آشکارسازی اسرار قطب‌های خورشید

تصاویر SDO به دانشمندان در بررسی گردبادهای غول‌‌آسای خورشیدی کمک کرد و ستاره‌شناسان را یک گام به پاسخ به این پرسش نزدیک‌تر کرد: چرا جو خارجی خورشید صدها برابر داغ‌تر از سطح آن است؟ گردبادها و مارپیچ‌های خورشیدی صدها برابر بزرگ‌تر از زمین هستند و از جریان‌های داغ گازی و خطوط در هم پیچیده‌ی میدان مغناطیسی تشکیل شده‌اند که در نقطه‌ای ثابت از سطح خورشید قرار دارند.

اگرچه سرعت گردبادهای زمین ممکن است به ۴۸۲ کیلومتر بر ساعت هم برسد، گردبادها و طوفان‌های فرازمینی می‌توانند از سرعت ۳۰۰ هزار کیلومتر بر ساعت هم فراتر بروند. ویدئوی زیر نمایی نزدیک از گردباد مغناطیسی در جو خورشید را نشان می‌دهد که توسط SDO در فوریه‌ی ۲۰۱۲ ثبت شده است.

تصویر زیر، موجی معروف به EIT را در حال عبور از نیمه‌ی بالایی خورشید در تاریخ ۱ اوت ۲۰۱۰ نشان می‌دهد. امواج EIT، فرازها و فرودهای گاز داغ و باردار پلاسما هستند که در سطح خورشید می‌چرخند. نام این امواج برگرفته از ابزار کاشف آن‌ها یعنی تلسکوپ تصویربرداری فرابنفش است که روی رصدخانه‌ی هلیوسفری و خورشیدی (رصدخانه‌ی پیش از SDO) نصب شده بود.

رصدخانه پویایی‌شناسی در اولین سال فعالیت خود موفق به رصد امواج EIT شد و روند حرکت این امواج در سطح خورشید را نشان داد. دفع انبوه تاج خورشیدی یا نوسان‌های فرار ستاره‌ای، پلاسمای خورشیدی را به داخل منظومه‌ی شمسی هدایت می‌کنند و به این ترتیب امواج EIT را به وجود می‌آورند.

دنباله‌دارهای یخی که از مرزهای خارجی منظومه‌ی شمسی وارد می‌شوند گاهی تحت تأثیر خورشید قرار می‌گیرند. پژوهشگرها بر اساس داده‌ها تشخیص می‌دهند کدام دنباله‌دار می‌تواند از مجاورت با خورشید جان سالم به‌درببرد و کدام یک تبخیر می‌شوند و ازهم می‌پاشند.

SDO در دسامبر ۲۰۱۱، موفق به ثبت تصاویری از دنباله‌داری لاوجوی C/2011 W3 شد که به سطح خورشید نزدیک شده بود. تصاویر SDO از لاوجوی، اولین نمونه‌ تصاویر عبور دنباله‌دار در جو پائینی خورشید بود و ابزارهای SDO، اطلاعات جدیدی را درباره‌ی واکنش خورشید با دنباله‌دارها جمع‌آوری کرد.

رصدخانه پویایی‌شناسی اطلاعات زیادی را درباره‌ی پلاسمای خورشیدی در اختیار دانشمندان قرار می‌دهد. طبق داده‌های SDO، خورشید پیچیده‌تر از حد تصور است. ابزار تصویربردار مغناطیسی و خورشیدی که در دانشگاه استنفورد ساخته شده است، به بررسی حرکت امواج پلاسما می‌پردازد. این فرآیند درست مانند شناسایی امواج زلزله زیر سطح مریخ و زمین است و جزئیات جدیدی را درباره‌ی مکانیزم انتقال پلاسما در خورشید یا جریان نصف‌النهاری ارائه می‌کند.

چرخش نصف‌النهاری خورشید در تصویر زیر نشان داده شده است. این چرخش بر اساس پژوهش‌های آزمایشگاه فیزیک هانسن استنفورد تصویرسازی شده است. این الگوی چرخشی به تولید لکه‌های خورشیدی وابسته است و نشان می‌دهد چرا یکی از نیم‌کره‌های خورشیدی در زمان‌هایی مشخص، لکه‌های بیشتری دارد.

SDO تصویر زیر را در تاریخ ۲۸ ژانویه‌ی ۲۰۱۱ از خورشید ثبت کرد که در آن دو شراره‌ی خورشیدی دیده می‌شود. شراره‌ی متوسط M1 در سمت راست با تخلیه‌ی انبوه تاج خورشیدی (CME) همراه است. CME به تخلیه‌ی ماده گفته می‌شود و در صورتی که در جهت زمین دفع شود، برای فضانوردها و فضاپیما خطرناک خواهد بود. پژوهشگران ناسا از داده‌های SDO برای پیش‌بینی تأثیر این دفع‌ها بر زمین استفاده کرده‌اند و سفر سه‌ روزه‌ی بادهای خورشید به زمین را مدل‌سازی کرده‌اند.

CME-ها می‌توانند با افت نور تاج خورشید همراه باشند. CME هایی مثل طوفان خورشیدی سال ۲۰۱۲ می‌توانند میلیاردها تن ذرات پلاسما را به فضا بفرستند، تخلیه‌ی مواد خورشید با خاموش شدن بخش‌هایی از خورشید همراه است. دانشمندان برای پیش‌بینی زمان حرکت ذرات باردار خورشید به سمت زمین، به تحلیل آماری رصدهای SDO پرداخته و امیدوار هستند با استفاده از داده‌های افت نور تاج خورشیدی بتوانند تخلیه انبوه تاج ستاره‌های دوردست و فوران آن‌ها را شناسایی کنند.

رصدخانه پویایی‌شناسی به مدت یک دهه در فضا بوده و یک چرخه‌ی خورشیدی ۱۱ ساله را دیده است. امسال، خورشید از دوره‌ی غیرفعال یا کمینه‌ی خورشیدی خارج می‌شود و دوره‌ی فعال یا بیشینه‌ی خورشیدی را آغاز می‌کند. تصاویر زیر که توسط SDO ثبت شده‌اند، نشان می‌دهند خورشید دقیقا چه زمانی در پایان چرخه‌ی فعالیت یازده ساله است. کمینه‌ی خورشیدی در سمت چپ و بیشینه‌ی خورشیدی در سمت راست قرار دارد. سال‌ها رصد و داده‌های SDO به دانشمندان در درک تکامل چرخه‌ی خورشیدی کمک می‌کنند.

تصویر زیر، حفره‌های غول‌آسای تاج خورشیدی را در سطح خورشید نشان می‌دهد. این تصویر در تاریخ ۲۴ مارس ۲۰۱۶ توسط SDO ثبت شده است. ذرات باردار از این حفره‌ها می‌گریزند و به جو خارجی خورشید راه پیدا می‌کنند؛ به همین دلیل این پدیده برای دانشمندان جذاب است.

از طرفی وقتی حفره‌ها پس از شکل‌گیری در نزدیکی قطب شمال و جنوب خورشید، ناپدید می‌شوند می‌توانند علامتی برای معکوس شدن میدان مغناطیسی خورشید باشند و لحظه‌ی دقیق بیشینه‌ی خورشیدی را نشان دهند.

SDO برای اولین بار موفق به عکاسی از نوع مجهولی از فرآیند خورشیدی به نام بازاتصال خودجوش مغناطیسی شد. ابزار جمع‌آوری تصاویر جوی این فضاپیما موفق به ثبت رویداد X شکلی در تاریخ سوم می ۲۰۱۲ شد. این پدیده نوعی انفجار مغناطیسی است که بر اثر برآمدگی خورشیدی به وجود می‌آید. برآمدگی خورشیدی، به حلقه‌ی بزرگی از مواد گفته می‌شود که روی سطح خورشید فوران می‌کنند.

اگرچه دانشمندان پدیده‌ی بازاتصال خودجوش مغناطیسی را بیش از یک دهه قبل پیش‌بینی کرده بودند، SDO اولین فضاپیمایی بود که موفق به عکاسی مستقیم از آن شد. این کشف درست چند ماه قبل در دسامبر ۲۰۱۹، ثبت شد.