يجب أن تكون الشمس قادرة على إحداث ثورانات أقوى بمئة مرة من أقوى ثوران تم تسجيله على الإطلاق. ويظهر ذلك من خلال تحليل أكثر من 50000 نجم شبيه بالشمس.
تنتج النجوم المشابهة للشمس انفجارًا هائلاً من الإشعاع بمعدل مرة واحدة كل مائة عام تقريبًا لكل نجم. تطلق مثل هذه التوهجات الفائقة طاقة أكثر من تريليون قنبلة هيدروجينية وتجعل جميع التوهجات الشمسية المسجلة سابقًا باهتة بالمقارنة. ويستند هذا التقدير إلى جرد يضم 56450 نجمًا شبيهًا بالشمس، قدمه فريق دولي من الباحثين بقيادة معهد ماكس بلانك لأبحاث النظام الشمسي (MPS) بألمانيا، يوم الجمعة 13 ديسمبر 2024، في المجلة. علوم. ويظهر أن الدراسات السابقة قد قللت بشكل كبير من قدرة هذه النجوم على الثوران. في البيانات الواردة من تلسكوب كيبلر الفضائي التابع لناسا، يمكن العثور على نجوم شديدة التوهج تشبه الشمس بمعدل عشرة إلى مائة مرة أكثر مما كان مفترضًا سابقًا. ومن المحتمل أيضًا أن تكون الشمس قادرة على إحداث ثورانات عنيفة مماثلة.
ليس هناك شك في أن الشمس نجم مزاجي، كما تثبت العواصف الشمسية القوية بشكل غير عادي هذا العام فقط. وأدى بعضها إلى ظهور شفق قطبي ملحوظ حتى عند خطوط العرض المنخفضة. ولكن هل يمكن لنجمنا أن يصبح أكثر غضباً؟ يمكن العثور على أدلة على أعنف نوبات الغضب الشمسي في جذوع الأشجار التي تعود إلى عصور ما قبل التاريخ وفي عينات من الجليد الجليدي الذي يعود تاريخه إلى آلاف السنين. ومع ذلك، من هذه المصادر غير المباشرة، لا يمكن تحديد وتيرة التوهجات الفائقة. والقياسات المباشرة لكمية الإشعاع الواصل إلى الأرض من الشمس لم تتوفر إلا منذ بداية عصر الفضاء.
هناك طريقة أخرى للتعرف على سلوك شمسنا على المدى الطويل وهي اللجوء إلى النجوم، كما هو الحال في نهج الدراسة الجديدة. تراقب التلسكوبات الفضائية الحديثة آلاف وآلاف النجوم وتسجل تقلبات سطوعها في الضوء المرئي. تظهر التوهجات الفائقة، التي تطلق كميات من الطاقة تزيد عن واحد أوكتيليون جول خلال فترة زمنية قصيرة، في بيانات الرصد على أنها قمم قصيرة واضحة في السطوع. “لا يمكننا مراقبة الشمس على مدى آلاف السنين”، أوضح سامي سولانكي، مدير MPS والمؤلف المشارك، الفكرة الأساسية وراء التحقيق. -بدلاً من ذلك، يمكننا مراقبة سلوك آلاف النجوم المشابهة جدًا للشمس على مدى فترات زمنية قصيرة. وأضاف أن هذا يساعدنا في تقدير مدى تكرار حدوث التوهجات الفائقة.
أبحث عن أقرباء الشمس
وفي الدراسة الحالية، ضم الفريق باحثين من جامعة غراتس (النمسا)، وجامعة أولو (فنلندا)، والمرصد الفلكي الوطني في اليابان، وجامعة كولورادو بولدر (الولايات المتحدة الأمريكية) ومفوضية الطاقة الذرية والبديلة في اليابان. قام باريس ساكلاي وجامعة باريس سيتي بتحليل البيانات من 56450 نجمًا شبيهًا بالشمس كما رآها تلسكوب كيبلر الفضائي التابع لناسا بين عامي 2009 و2009. 2013. – قال ألكسندر شابيرو من جامعة غراتس: – في مجملها، تزودنا بيانات كيبلر بدليل على 220 ألف سنة من النشاط النجمي.
كان من الأمور الحاسمة في الدراسة الاختيار الدقيق للنجوم التي يجب أخذها بعين الاعتبار. بعد كل شيء، يجب أن تكون النجوم المختارة قريبة بشكل خاص من أقارب الشمس. ولذلك، لم يسمح العلماء إلا بالنجوم التي كانت درجة حرارة سطحها وسطوعها مشابهين للشمس. واستبعد الباحثون أيضًا العديد من مصادر الخطأ، مثل الإشعاع الكوني، والكويكبات أو المذنبات العابرة، بالإضافة إلى النجوم غير الشبيهة بالشمس والتي قد تشتعل بالصدفة في صور كبلر بالقرب من نجم يشبه الشمس. وللقيام بذلك، قام الفريق بتحليل صور كل توهج فائق محتمل بعناية – بحجم بضع بكسلات فقط – وأحصى فقط تلك الأحداث التي يمكن تخصيصها بشكل موثوق لأحد النجوم المختارة.
وبهذه الطريقة، حدد الباحثون 2889 توهجًا عظيمًا على 2527 نجمًا من أصل 56450 نجمًا تمت ملاحظتهم. وهذا يعني أنه في المتوسط، ينتج نجم واحد شبيه بالشمس توهجًا فائقًا مرة واحدة تقريبًا كل قرن.
قال المؤلف المشارك الدكتور آلان ساشا برون من مفوضية الطاقات الذرية والبديلة في باريس ساكلاي وجامعة باريس: إن حسابات الدينامو عالية الأداء لهذه النجوم من النوع الشمسي تفسر بسهولة الأصول المغناطيسية للإطلاق المكثف للطاقة أثناء مثل هذه التوهجات الفائقة. مدينة باريس.
متكرر بشكل مدهش
قال المؤلف الأول الدكتور فاليري فاسيليف من MPS: «لقد فوجئنا جدًا بأن النجوم الشبيهة بالشمس معرضة لمثل هذه التوهجات الفائقة المتكررة». وقد وجدت الدراسات الاستقصائية السابقة التي أجرتها مجموعات بحثية أخرى فترات متوسطة تبلغ ألف أو حتى عشرة آلاف سنة. ومع ذلك، لم تتمكن الدراسات السابقة من تحديد المصدر الدقيق للتوهج المرصود، وبالتالي كان عليها أن تقتصر على النجوم التي لم يكن لها أي جيران قريبين جدًا في صور التلسكوب. الدراسة الحالية هي الأكثر دقة وحساسية حتى الآن.
كما تم اقتراح فترات زمنية أطول بين الأحداث الشمسية المتطرفة من خلال الدراسات التي تبحث عن أدلة على تأثير العواصف الشمسية العنيفة على الأرض. عندما يصل تدفق عالي بشكل خاص من الجسيمات النشطة من الشمس إلى الغلاف الجوي للأرض، فإنها تنتج كمية يمكن اكتشافها من الذرات المشعة مثل نظير الكربون المشع 14ج. يتم بعد ذلك ترسيب هذه الذرات في المحفوظات الطبيعية مثل حلقات الأشجار والجليد الجليدي. وحتى بعد مرور آلاف السنين، يمكن استنتاج التدفق المفاجئ للجزيئات الشمسية عالية الطاقة عن طريق قياس كمية الإشعاع الشمسي. 14ج-استخدام التقنيات الحديثة.
وبهذه الطريقة، تمكن الباحثون من تحديد خمسة أحداث متطرفة للجسيمات الشمسية وثلاثة أحداث مرشحة خلال الاثني عشر ألف عام الماضية من الهولوسين، مما أدى إلى متوسط معدل حدوثها مرة واحدة كل 1500 عام. ويعتقد أن أعنفها حدث في عام 775 م. ومع ذلك، فمن الممكن تمامًا حدوث المزيد من أحداث الجسيمات العنيفة وكذلك المزيد من التوهجات الفائقة على الشمس في الماضي. -من غير الواضح ما إذا كانت التوهجات العملاقة تكون دائمًا مصحوبة بانبعاثات جماعية إكليلية، وما هي العلاقة بين التوهجات الفائقة وأحداث الجسيمات الشمسية الشديدة. وهذا يتطلب المزيد من التحقيق، كما أشار المؤلف المشارك إيليا أوسوسكين من جامعة أولو في فنلندا. إن النظر إلى الأدلة الأرضية للأحداث الشمسية المتطرفة الماضية يمكن أن يقلل من شأن وتيرة التوهجات الفائقة.
التنبؤ بالطقس الفضائي الخطير
ولم تكشف الدراسة الجديدة متى ستلقي الشمس نوبةها التالية. ومع ذلك، فإن النتائج تحث على الحذر. وقالت الدكتورة ناتالي كريفوفا، المؤلفة المشاركة من MPS، إن البيانات الجديدة هي تذكير صارخ بأنه حتى الأحداث الشمسية الأكثر تطرفًا هي جزء من الذخيرة الطبيعية للشمس. خلال حدث كارينغتون عام 1859، وهو أحد أعنف العواصف الشمسية خلال المائتي عام الماضية، انهارت شبكة التلغراف في أجزاء كبيرة من شمال أوروبا وأمريكا الشمالية. وفقًا للتقديرات، أطلق التوهج المصاحب فقط جزءًا من مائة من طاقة التوهج الفائق. واليوم، بالإضافة إلى البنية التحتية على سطح الأرض، فإن الأقمار الصناعية بشكل خاص معرضة للخطر.
ولذلك فإن أهم الاستعدادات للعواصف الشمسية القوية هو التنبؤ الموثوق به وفي الوقت المناسب. وكإجراء احترازي، يمكن على سبيل المثال إغلاق الأقمار الصناعية. اعتبارًا من عام 2031، سيساعد المسبار الفضائي Vigil التابع لوكالة الفضاء الأوروبية في جهود التنبؤ. من موقع المراقبة الخاص به في الفضاء، سينظر إلى الشمس من الجانب ويلاحظ في وقت أقرب من المسبارات المرتبطة بالأرض عندما تكون العمليات التي قد تؤدي إلى طقس فضائي خطير تختمر على نجمنا. تعمل MPS حاليًا على تطوير جهاز التصوير القطبي والمغناطيسي لهذه المهمة.
فاليري فاسيليف، تيمو رينهولد، ألكسندر آي. شابيرو، إيليا أوسوسكين، ناتالي أ. كريفوفا، هيرويوكي مايهارا، يوتا نوتسو، ألان ساشا برون، سامي ك. سولانكي، لوران جيزون:
تقدم البيانات التي تم تحليلها حديثًا من المركبة الفضائية Solar Orbiter التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية أول رؤية عالية الدقة لقرص الشمس بأكمله
