اولین تصویر از قطب جنوب خورشید

روزیاتو: برای نخستین‌بار، تصاویری از قطب جنوب خورشید توسط ماهواره‌ای که آژانس فضایی اروپا (ESA) به فضا فرستاده، ثبت شده است. تا پیش از این، تمام تصاویری که از خورشید گرفته شده بودند از زاویه‌ روبه‌رو، در امتداد صفحه دایرهالبروج — همان صفحه‌ی تختی که سیاره‌ها در آن به دور خورشید می‌گردند — به ثبت رسیده بودند.

اما اکنون، مدارگرد خورشیدیِ (Solar Orbiter) آژانس فضایی اروپا با چرخشی ۱۷ درجه‌ای به زیر استوای خورشید توانسته بخشی از این ستاره را به تصویر بکشد که تا پیش از این هرگز دیده نشده بود.

به‌زودی، این کاوشگر مدار خود را بیشتر به سمت پایین متمایل خواهد کرد تا دیدی بهتر و واضح‌تر از خورشید به دست آورد — به این معنا که بهترین تصاویر هنوز در راه‌اند. این مدارگرد با هر چند دور گردش به دور خورشید، یک‌بار با سیاره زهره (ناهید) ملاقات می‌کند و از نیروی گرانش آن برای تغییر جهت و شیب مدار خود بهره می‌برد. همین روند تاکنون باعث شده این فضاپیما اکتشافات هیجان‌انگیزی درباره خورشید انجام دهد و به گفته پژوهشگرانی که روی این پروژه کار می‌کنند، افشاگری‌های بیشتری نیز در راه است.

دکتر هیمیش رید، اخترشناس دانشگاه UCL و یکی از پژوهشگران بریتانیایی مشارکت‌کننده در ابزار تصویربرداری فرابنفش شدید (EUI) در گفت‌وگو با MailOnline می‌گوید: «این لحظه اهمیت زیادی دارد؛ ما چند دهه است که منتظر دیدن قطب‌های خورشید هستیم… این واقعاً همان قطعه گم‌شده پازل در مسیر درک میدان مغناطیسی خورشید است». مدارگرد خورشیدی برای ثبت تصاویر از قطب جنوب پنهان خورشید، از سه ابزار علمی مختلف استفاده کرده؛ هر کدام از این ابزارها با روشی متفاوت به خورشید نگاه می‌کنند.

ابزار تصویربرداری قطب‌سنجی و لرزه‌سنجی خورشید (PHI) برای مطالعه خورشید در نور مرئی و نقشه‌برداری از میدان مغناطیسی سطح آن به‌کار رفته است. تصویربرداری فرابنفش شدید نیز نور فرابنفش را ثبت می‌کند تا گازهای باردار میلیون‌درجه‌ای در جو بیرونی خورشید را آشکار کند. در همین حال، تصویربرداری طیفی کاوشگر از محیط تاج (SPICE) با ثبت نور گسیل‌شده از گازهای یونیزه در دماهای مختلف، لایه‌های جو خورشید را به نمایش می‌گذارد. دکتر سامی سولانکی از مؤسسه پژوهشی منظومه شمسی ماکس پلانک می‌گوید: «ما واقعاً نمی‌دانستیم باید از این مشاهدات اولیه چه انتظاری داشته باشیم — قطب‌های خورشید به‌معنای واقعی کلمه، سرزمینی ناشناخته‌اند».

این مشاهدات همین حالا هم به دانشمندان کمک می‌کنند تا درک بهتری از این موضوع پیدا کنند که آب‌وهوای ناپایدار و همیشه‌متغیر خورشید، چگونه ممکن است بر زمین تأثیر بگذارد. قطب‌های مغناطیسی خورشید تقریباً هر ۱۱ سال یک‌بار جابه‌جا می‌شوند؛ فرآیندی که به آن چرخه خورشیدی (solar cycle) می‌گویند. این وارونگی قطبی با دوره‌ای همراه است که در آن فعالیت خورشید به‌طرز چشم‌گیری افزایش می‌یابد — دوره‌ای که به آن بیشینه خورشیدی (solar maximum) گفته می‌شود. در این دوره، شراره‌های عظیم خورشیدی و امواجی از ذرات پرانرژی به سمت زمین حرکت می‌کنند.

با آن‌که این پدیده‌ها می‌توانند تأثیرات جدی بر زیرساخت‌های الکترونیکی و ارتباطی زمین داشته باشند، اما ما هنوز دانش کافی درباره قطب‌های مغناطیسی خورشید نداریم تا بتوانیم دقیقاً پیش‌بینی کنیم چه زمانی یک بیشینه خورشیدی رخ می‌دهد. پروفسور لوسی گرین، اخترشناس دانشگاه UCL و یکی از پژوهشگران ابزار تصویربرداری فرابنفش شدید، می‌گوید: «مشاهده قطب‌های خورشید برای درک نحوه عملکرد میدان مغناطیسی خورشید در مقیاسی جهانی کاملاً حیاتی است — فرآیندی که به چرخه‌ی ۱۱ ساله فعالیت خورشید منجر می‌شود».

یکی از اولین مشاهدات مدارگرد خورشیدی این است که میدان‌های مغناطیسی در قطب جنوب خورشید اکنون در وضعیت نابسامانی قرار دارند. در یک آهنربای معمولی، ما با دو قطب مشخص شمالی و جنوبی سروکار داریم. اما در حال حاضر، در قطب جنوب خورشید، هم میدان مغناطیسی شمالی و هم جنوبی به‌طور هم‌زمان دیده می‌شود. این وضعیت فقط برای مدت کوتاهی و درست پس از وارونگی قطب‌های مغناطیسی در دوره‌ی بیشینه خورشیدی اتفاق می‌افتد. پس از این وارونگی، قطب‌ها به‌تدریج در طول حدود پنج سال شکل می‌گیرند و در نهایت به وضعیت پایداری به‌نام کمینه خورشیدی (solar minimum) می‌رسند، زمانی که قطب‌های شمال و جنوب دوباره از یکدیگر متمایز می‌شوند.

با این حال، دانشمندان هنوز دقیقاً نمی‌دانند این فرآیند تدریجیِ بازسازی قطب‌ها چگونه رخ می‌دهد — اما موقعیت جدید مدارگرد خورشیدی می‌تواند در پاسخ به این پرسش کلیدی بسیار مؤثر باشد. پروفسور گرین می‌گوید: «ما شاهد جریان‌هایی در عرض‌های بالای خورشید خواهیم بود که تاکنون هرگز دیده نشده‌اند — جریان‌هایی که عناصر مغناطیسی را به سوی نواحی قطبی منتقل می‌کنند و از این طریق، زمینه‌ را برای آغاز چرخه خورشیدی بعدی فراهم می‌سازند».

علاوه بر ثبت میدان‌های مغناطیسی در حال تغییر، مدارگرد خورشیدی برای نخستین‌بار تصویری از لایه‌های مختلف قطب جنوب خورشید نیز به دست آورده است. ابزار تصویربرداری طیفی کاوشگر از محیط تاج، نوری را که از مواد شیمیایی خاص هنگام گرم شدن تا دماهای مشخص ساطع می‌شود — یعنی خطوط طیفی — را اندازه‌گیری می‌کند. با دنبال کردن این خطوط طیفی، مدارگرد می‌تواند سرعت حرکت توده‌های ماده خورشیدی را محاسبه کند؛ فرآیندی که به آن اندازه‌گیری داپلری (Doppler measurement) گفته می‌شود.

ردگیری نحوه حرکت این ذرات بین لایه‌های مختلف خورشید اهمیت بسیار زیادی دارد، زیرا می‌تواند نشان دهد چگونه این مواد از سطح خورشید به بیرون پرتاب می‌شوند و به شکل باد خورشیدی در فضا پراکنده می‌گردند. باد خورشیدی، از یک سو عامل شکل‌گیری شفق‌های قطبی (مانند شفق شمالی) است، اما از سوی دیگر می‌تواند به ماهواره‌ها در مدار زمین آسیب بزند، شبکه‌های برق را مختل کند و فضانوردان را در معرض پرتوهای خطرناک قرار دهد. اکنون که مدارگرد به زیر استوای خورشید رسیده، می‌تواند به دانشمندان در درک بهتر این پدیده‌ ناآرام و مخرب کمک کند. دکتر فردریک اوشره، اخترشناس دانشگاه Paris-Saclay و رئیس تیم تصویربرداری طیفی کاوشگر از محیط تاج می‌گوید:

«اندازه‌گیری‌های داپلری از باد خورشیدی، چه در مأموریت‌های کنونی و چه گذشته، همواره با مشکل زاویه دید محدود به قطب‌های خورشید روبه‌رو بوده‌اند… اما حالا با کمک مدارگرد خورشیدی، انجام این اندازه‌گیری‌ها از عرض‌های جغرافیایی بالا ممکن شده — و این می‌تواند انقلابی در فیزیک خورشیدی به‌وجود آورد».

با این حال، این‌ها تنها نخستین مشاهدات اولیه هستند و دانشمندان می‌گویند که اندازه‌گیری‌ها و کشفیات بیشتری در راه است. بخش زیادی از داده‌های به‌دست‌آمده از این تصاویر اولیه هنوز نیاز به تحلیل و بررسی دارد و انتظار می‌رود مجموعه کامل این اطلاعات تا ماه اکتبر امسال به زمین بازگردد. در سال‌های آینده، هر ده ابزار علمی مدارگرد خورشیدی داده‌های بسیار گسترده‌ای جمع‌آوری خواهند کرد؛ چرا که ملاقات‌های بیشتر آن با سیاره زهره، مدار فضاپیما را به سمت شیب‌هایی هر چند بیشتر، تغییر خواهد داد.

در نهایت، این مدارگرد به زاویه‌ای ۳۳ درجه زیر استوای خورشید خواهد رسید که دیدی فوق‌العاده شفاف و بی‌سابقه از قطب جنوب خورشید فراهم خواهد کرد. دکتر دانیل مولر، دانشمند مسئول پروژه مدارگرد خورشیدی در آژانس فضایی اروپا می‌گوید: «این تنها نخستین پله از نردبان مدارگرد خورشیدی به سوی آسمان است. در سال‌های پیشه‌رو، این فضاپیما بیشتر و بیشتر از صفحه دایره‌البروج خارج خواهد شد تا بتواند نمایی بهتر از مناطق قطبی خورشید به ما ارائه دهد… این داده‌ها درک ما از میدان مغناطیسی خورشید، باد خورشیدی و فعالیت‌های خورشیدی را دگرگون خواهند کرد».