يتحدث المقال عن إطار نظري جديد يتيح للعلماء التنبؤ بالعواصف الشمسية التي من الممكن أن تؤثر سلبياً على البنية التحتية للاتصالات والطاقة في الأرض.

هل يمكن للعواصف الشمسية أن تقضي على الإنترنت العالمي؟ نعم، لكننا لا نعرف متى أو كيف يمكن أن يحدث ذلك. اقترح عالم الرياضيات الدكتور جيفري فاسيل مفهوما جديدًا لمنطقة الحمل الحراري للشمس.

وقد قام العلماء في جامعة سيدني والولايات المتحدة بحل اللغز القديم حول الشمس، والذي يمكن أن يساعد علماء الفلك على التنبؤ بطقس الفضاء ومساعدتنا على الاستعداد لعواصف مغنطيسية أرضية مدمرة إذا ضربت الأرض.

المجال المغناطيسي الداخلي للشمس مسؤول بشكل مباشر عن طقس الفضاء – تيارات الجسيمات عالية الطاقة من الشمس التي يمكن أن تتسبب في التوهجات الشمسية أو البقع الشمسية أو القذف الكتلي الإكليلي، والذي ينتج عواصف مغنطيسية أرضية. ومع ذلك، من غير الواضح كيف تحدث هذه الأحداث ومن المستحيل التنبؤ بموعد حدوث هذه الأحداث.

بينما يمكن أن توفر دراسة جديدة بقيادة الدكتور جيفري فاسيل من كلية الرياضيات والإحصاء في جامعة سيدني، إطارًا نظريًا قويًا للمساعدة في تحسين فهمنا للدينامو المغناطيسي الداخلي للشمس، والذي سيساعد في قيادة طقس الفضاء القريب من الأرض.

حيث تتكون الشمس من عدة مناطق متميزة، ومنها منطقة الحمل الحراري، وهي الأكثر أهمية. ويبلغ عمق محيط منطقة الحمل الحراري 200000 كيلومتر من البلازما السائلة المضطربة، فائقة الحرارة والتي تشغل 30 في المائة من قطر نجم الشمس. 

وتشير نظرية الطاقة الشمسية الحالية إلى أن أكبر الدوامات تشغل منطقة الحمل الحراري كخلايا حرارية دائرية عملاقة. ومع ذلك، لم يتم العثور على هذه الخلايا مطلقًا، وهي مشكلة طويلة الأمد تُعرف باسم “لغز الحمل الحراري”.

وبدلاً من الخلايا الدائرية، ينقسم التدفق إلى أعمدة طويلة تدور على شكل سيجار “فقط” بعرض 30 ألف كيلومتر، وهذا ناتج عن تأثير أقوى بكثير لدوران الشمس مما كان يعتقد في السابق. كما قال الدكتور فاسيل، خبير في ديناميات السوائل، “يمكنك موازنة قلم رصاص نحيف عند نقطته إذا قمت بتدويره بسرعة كافية. والخلايا النحيفة للسائل الشمسي التي تدور في منطقة الحمل الحراري يمكن أن تتصرف بشكل مشابه”. وتم نشر النتائج في المجلة الأكاديمية الوطنية للعلوم.

وصرح الدكتور فاسيل: “لا نعرف الكثير عن باطن الشمس، لكن من المهم للغاية أن نفهم الطقس الشمسي الذي يمكن أن يؤثر بشكل مباشر على الأرض.  حيث من المعروف أن الدوران القوي يغير تمامًا خصائص الديناميات المغناطيسية، والتي تعد الشمس واحدة منها”.

كما صرح الدكتور فاسيل وفريق الدراسة من معهد ساوث ويست للأبحاث في بولدر، إن هذا الدوران السريع المتوقع داخل الشمس يكبح ما يمكن أن يكون تدفقات واسعة النطاق، مما يخلق ديناميكيات أكثر تنوعًا للثلث الخارجي من عمق الشمس.

كما قال الدكتور فاسيل، المؤلف الرئيسي للدراسة: “من خلال المحاسبة الصحيحة للدوران، فإن نموذجنا الجديد للشمس يناسب البيانات المرصودة ويمكن أن يحسن بشكل كبير فهمنا للسلوك الكهرومغناطيسي للشمس”.

وفي أكثر الحالات تطرفًا، يمكن للعواصف المغناطيسية الأرضية الشمسية أن تمطر الأرض بنبضات من الإشعاع قادرة على حرق أجهزتنا الالكترونية العالمية المتطورة وكذلك البنية التحتية للاتصالات.

وفي الماضي، ضربت عاصفة مغناطيسية أرضية ضخمة من هذا النوع الأرض في عام 1859، والمعروفة باسم حدث كارينجتون، ولكن هذا كان قبل اعتمادنا العالمي على الإلكترونيات. وتأثر نظام التلغراف الوليد من ملبورن إلى نيويورك. وقال الدكتور فاسيل: “حدث مشابه اليوم يمكن أن يدمر البنية التحتية العالمية بما قيمته تريليونات الدولارات ويستغرق شهورًا، إن لم يكن سنوات، لإصلاحها”.

كما تسبب حدث صغير الحجم في عام 1989 في انقطاع التيار الكهربائي في كندا فيما اعتقد البعض في البداية أنه قد يكون هجومًا نوويًا. وفي عام 2012، مرت عاصفة شمسية مماثلة في نطاقها لحدث كارينغتون عبر الأرض دون أن تصطدم، وفقدت مدارنا حول الشمس بتسعة أيام فقط.

كما قال الدكتور فاسيل: “الحد الأقصى للطاقة الشمسية القادمة في منتصف هذا العقد، ومع ذلك ما زلنا لا نعرف ما يكفي عن الشمس للتنبؤ بما إذا كانت هذه الأحداث الدورية ستنتج عاصفة خطيرة”.

“بينما من غير المرجح أن تضرب عاصفة شمسية الأرض، مثل الزلزال، فإنها ستحدث في النهاية ونحن بحاجة إلى أن نكون مستعدين”.

وقد تستغرق العواصف الشمسية الخارجة من الشمس من عدة ساعات إلى أيام للوصول إلى الأرض. وقال الدكتور فاسيل إن المعرفة الأفضل للديناميكية الداخلية لنجمنا الشمسي، يمكن أن تساعد المخططين على تجنب الكارثة إذا كان لديهم ما يكفي من التحذير لإغلاق المعدات قبل انفجار الجسيمات النشطة.

وقال: “لا يمكننا تفسير كيفية تشكل البقع الشمسية، ولا يمكننا تمييز مجموعات البقع الشمسية الأكثر عرضة للتمزق العنيف. كما يحتاج صانعو السياسة إلى معرفة عدد المرات التي قد يكون من الضروري فيها تحمل إغلاق طارئ للطاقة لمدة أيام لتجنب كارثة خطيرة”.

وسيحتاج النموذج النظري للدكتور فاسيل وزملائه الآن إلى الاختبار، من خلال الملاحظة لزيادة تحسين نمذجة العمليات الداخلية للشمس. وللقيام بذلك، سيستخدم العلماء تقنية تُعرف باسم علم الشمس، للاستماع داخل القلب النابض للنجم. وقال: “نأمل أن تلهم النتائج التي توصلنا إليها المزيد من المراقبة والبحث في القوى الدافعة للشمس”. ويمكن أن يشمل هذا الإطلاق غير المسبوق لأقمار المراقبة القطبية المدارية خارج المستوى الإهليلجي للنظام الشمسي.

المصدر: https://phys.org

ترجمة: فاتن ضاوي المحنّا

تويتر: @F_D_Almutiri

مراجعة: عبد اللطيف الرباح

تويتر: @al3lm