علمی

چرا جو خورشید از سطح آن گرمتر است؟

سوالاتی در مورد جو خورشید

سطح مرئی خورشید یا فوتوسفر در حدود 6000 درجه سانتیگراد (11000 درجه فارنهایت) است. اما چند هزار کیلومتر بالاتر از آن – فاصله کمی که اندازه خورشید را در نظر می گیریم – جو خورشید ، که تاج نیز نامیده می شود ، صدها برابر گرمتر است. تاج به یک میلیون درجه سانتیگراد یا بالاتر می رسد (بیش از 1.8 میلیون درجه فارنهایت).

 

این افزایش دما علی رغم افزایش فاصله از منبع اصلی انرژی خورشید ، در بیشتر ستارگان مشاهده شده است. این نشان دهنده یک معما اساسی است که فیزیکدانان نجوم طی ده ها سال آن را مورد استفاده قرار داده اند.

همچنین مطالعه کنید : دورترین سیاره فراخورشیدی

 

در سال 1942 ، دانشمند سوئدی ، هانس آلفون توضیحاتی را ارائه داد. وی این نظریه را مطرح كرد كه امواج مغناطیسی پلاسما می توانند مقادیر زیادی انرژی را در امتداد میدان مغناطیسی خورشید از قسمت داخلی آن تا تاج حمل كنند. این انرژی قبل از منفجر شدن با گرما در جو بالایی خورشید ، فوتوسفر را دور می زند.

اثبات مدرن برای یک نظریه قدیمی

دانشمندان موقتاً این نظریه را پذیرفته بودند ، اما ما هنوز به اثبات نیاز داشتیم. ما به مشاهده تجربی نیاز داشتیم که این امواج وجود دارند. مطالعه اخیر ما سرانجام به این مهم دست یافته است. این نظریه 80 ساله آلفون را تأیید کرده و ما را یک قدم به سمت مهار این پدیده پرانرژی در زمین برداشته است.

مشکل گرمای تاجی از اواخر دهه 1930 ثابت شده است. آن زمان بود که بنگت ادلن ، طیف سنج سوئدی و والتر گروتریان ، اخترفیزیکدان آلمانی ، برای اولین بار پدیده هایی را در تاج خورشید مشاهده کردند که فقط در صورت دمای آن می توانست چند میلیون درجه سانتیگراد باشد.

این نشان دهنده دما تا 1000 برابر گرمتر از فوتوسفر زیر آن است ، یعنی همان سطح خورشیدی که می توانیم از زمین ببینیم. تخمین گرمای فوتوسفر همیشه نسبتاً ساده بوده است. ما فقط باید نوری را که از خورشید به ما می رسد اندازه گیری کنیم و آن را با مدل های طیفی مقایسه کنیم که دمای منبع نور را پیش بینی می کنند.

 

طی چندین دهه مطالعه ، دانشمندان دائماً دمای فوتوسفر را در حدود 6000 درجه سانتیگراد (11000 درجه فارنهایت) تخمین زده اند. یافته های Edlén و Grotrian مبنی بر اینکه تاج خورشید بسیار گرمتر از فوتوسفر است – با وجود فاصله بیشتر از هسته خورشید ، منبع نهایی انرژی – منجر به خدشه وارد کردن به جامعه علمی شده است.

 

همرفت و جو خورشید

دانشمندان به دنبال خواص خورشید برای توضیح این اختلاف بودند. خورشید تقریباً به طور کامل از پلاسما تشکیل شده است که یک گاز بسیار یونیزه است و یک بار الکتریکی را با خود حمل می کند. حرکت این پلاسما در منطقه همرفت – قسمت فوقانی فضای داخلی خورشید – جریانهای الکتریکی عظیم و میدان های مغناطیسی قوی ایجاد می کند.

همرفت این قسمتها را از قسمت داخلی خورشید به سمت بالا می کشد. آنها به صورت لکه های تاریک خورشید ، که خوشه هایی از میدان های مغناطیسی هستند و می توانند ساختارهای مغناطیسی مختلفی را در جو خورشید تشکیل دهند ، روی سطح مرئی آن فرو می روند.

اینجا است که نظریه آلفون مطرح می شود. وی استدلال کرد که در درون پلاسمای مغناطیسی خورشید هرگونه حرکت فله ای ذرات دارای بار الکتریکی باعث اختلال در میدان مغناطیسی می شود. این امواج ایجاد می کند که می تواند مقدار زیادی انرژی را در فواصل وسیع – از سطح خورشید به بالای جو آن حمل کند. گرما قبل از منفجر شدن در تاج ، در امتداد لوله های شار مغناطیسی خورشیدی حرکت می کند و باعث تولید دمای بالا می شود.

جو خورشید
لکه های خورشید تکه های تیره تری روی سطح خورشید هستند. این نمودار چندین لایه از جمله جو خورشید را نشان می دهد. تصویر از طریق هنر سیبری / Shutterstock.

 

همچنین مطالعه کنید : میدان مغناطیسی زمین در حال کاهش است

 

این امواج پلاسمای مغناطیسی اکنون امواج Alfvén نامیده می شوند و سهم آنها در توضیح حرارت تاجی باعث شد که آلفون در سال 1970 جایزه نوبل فیزیک را دریافت کند.

مشاهده امواج آلفون

اما مشکل مشاهده واقعی این امواج همچنان وجود داشت. در سطح خورشید و جو آن اتفاقات زیادی رخ داده است – از پدیده های چندین برابر بزرگتر از زمین تا تغییرات کوچک در زیر وضوح ابزار دقیق ما – به طوری که قبلاً شواهد مشاهده مستقیم امواج آلفون در فوتوسفر حاصل نشده است.

اما پیشرفت های اخیر در ابزار دقیق ، دریچه جدیدی را گشوده است که از طریق آن می توانیم فیزیک خورشید را بررسی کنیم. یکی از این ابزارها طیف سنجی دو بعدی با اندازه گیری تداخل (IBIS) برای طیف سنجی تصویربرداری است که در تلسکوپ خورشیدی Dunn در ایالت نیومکزیکو ایالات متحده نصب شده است. این ابزار به ما امکان داده است که مشاهدات و اندازه گیری های بسیار دقیق تری از خورشید را انجام دهیم.

مطالب مرتبط:خورشید چقدر بزرگ است؟ | اندازه خورشید

همراه با شرایط خوب مشاهده ، شبیه سازی پیشرفته رایانه ای و تلاش تیم بین المللی دانشمندان از هفت موسسه تحقیقاتی ، ما از IBIS استفاده کردیم تا سرانجام برای اولین بار وجود امواج آلفون در لوله های شار مغناطیسی خورشیدی را تأیید کنیم.

منبع انرژی جدید

کشف مستقیم امواج آلفون در فوتوسفر خورشیدی گام مهمی در جهت بهره برداری از پتانسیل بالای انرژی آنها در زمین است. به عنوان مثال ، این فرآیند در داخل خورشید انجام می شود که شامل مقادیر کمی از ماده به مقدار زیادی انرژی است. نیروگاه های هسته ای فعلی ما از شکافت هسته ای استفاده می کنند ، که به گفته منتقدان ، زباله های هسته ای خطرناکی تولید می کند ، به ویژه در مورد بلایایی از جمله فاجعه ای که در فوکوشیما در سال 2011 اتفاق افتاد.

ایجاد انرژی پاک با تکرار همجوشی هسته ای خورشید در زمین همچنان یک چالش بزرگ است. برای تولید همجوشی هنوز باید به سرعت 100 میلیون درجه سانتیگراد تولید کنیم. امواج آلفون می تواند یکی از راه های انجام این کار باشد. دانش روز افزون ما درباره خورشید نشان می دهد که در شرایط مناسب مطمئناً امکان پذیر است.

ما به لطف ماموریت ها و ابزارهای جدید و پیشگامانه جدید ، به زودی انتظار افشای خورشیدی بیشتری را نیز داریم. ماهواره مدار خورشیدی آژانس فضایی اروپا اکنون در مدار دور خورشید است و تصاویر را ارائه می دهد و از مناطق قطبی ثبت نشده ستاره اندازه گیری می کند. از نظر زمینی ، انتظار می رود رونمایی از تلسکوپ های خورشیدی جدید با کارایی بالا ، باعث افزایش مشاهدات ما از خورشید به زمین شود.

 

بسیاری از اسرار خورشید هنوز باید کشف شود ، از جمله خواص میدان مغناطیسی خورشید. بنابراین این زمان مهیج برای مطالعات خورشیدی است. تشخیص ما از امواج آلفون تنها یک کمک به یک میدان گسترده تر است که به دنبال باز کردن رمز و رازهای باقی مانده خورشید برای کاربردهای عملی روی زمین است.

ماریانا کورسوس ، دستیار تحقیقات پس از دکترا ، گروه فیزیک ، دانشگاه ابریستویث و هو مورگان ، خواننده علوم فیزیکی ، دانشگاه ابریستویث

این مقاله با مجوز The Conversation تحت مجوز Creative Commons بازنشر شده است.

منبع اصلی : earthsky.org

 

مشاهده بیشتر

نوشته های مشابه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

دکمه بازگشت به بالا
بستن