قم بالتسجيل في النشرة الإخبارية للعلوم Wonder Theory على قناة CNN. استكشف الكون بأخبار الاكتشافات الرائعة والتقدم العلمي والمزيد.
تتمتع الشمس بمجال مغناطيسي قوي يخلق بقعًا شمسية على سطح النجم ويطلق العنان لعواصف شمسية مثل تلك التي غمرت جزءًا كبيرًا من الكوكب بالشفق الجميل هذا الشهر.
لكن كيفية توليد هذا المجال المغناطيسي داخل الشمس بالضبط هي لغز حيّر علماء الفلك لعدة قرون، يعود تاريخه إلى زمن عالم الفلك الإيطالي غاليليو، الذي قام بأول ملاحظات للبقع الشمسية في أوائل القرن السابع عشر، ولاحظ كيف تختلف مع مرور الوقت. .
طرح الباحثون الذين أجروا دراسة متعددة التخصصات نظرية جديدة في تقرير نشر يوم الأربعاء في مجلة Nature. وعلى النقيض من الأبحاث السابقة التي افترضت أن المجال المغناطيسي للشمس ينشأ من أعماق الجسم السماوي، فإنهم يشتبهون في أن المصدر أقرب بكثير إلى السطح.
يمكن للنموذج الذي طوره الفريق أن يساعد العلماء على فهم أفضل للدورة الشمسية التي تبلغ 11 عامًا وتحسين التنبؤ بالطقس الفضائي، والذي يمكن أن يعطل نظام تحديد المواقع (GPS) والأقمار الصناعية للاتصالات بالإضافة إلى إبهار مراقبي السماء ليلاً بالشفق القطبي.
وقال دانييل ليكوانيت، الأستاذ المساعد في العلوم الهندسية والتطبيقية: “يقترح هذا العمل فرضية جديدة حول كيفية توليد المجال المغناطيسي للشمس، والذي يتوافق بشكل أفضل مع الملاحظات الشمسية، ونأمل أن يمكن استخدامها للتنبؤ بشكل أفضل بالنشاط الشمسي”. الرياضيات في كلية ماكورميك للهندسة بجامعة نورث وسترن وعضو في مركز الاستكشاف والأبحاث متعدد التخصصات في الفيزياء الفلكية.
“نريد أن نتوقع ما إذا كانت الدورة الشمسية القادمة ستكون قوية بشكل خاص، أو ربما أضعف من المعتاد. وأضاف أن النماذج السابقة (بافتراض أن المجال المغناطيسي الشمسي يتولد عميقا داخل الشمس) لم تتمكن من تقديم تنبؤات دقيقة أو (تحديد) ما إذا كانت الدورة الشمسية القادمة ستكون قوية أم ضعيفة.
تساعد البقع الشمسية العلماء على تتبع نشاط الشمس. إنها نقطة الأصل للتوهجات المتفجرة وأحداث القذف التي تطلق الضوء والمواد الشمسية والطاقة إلى الفضاء. تعتبر العاصفة الشمسية الأخيرة دليلاً على اقتراب الشمس من “الحد الأقصى للطاقة الشمسية” – وهي النقطة في دورتها التي تستمر 11 عامًا، حيث يوجد أكبر عدد من البقع الشمسية.
وقال ليكوانيت: “نظرًا لأننا نعتقد أن عدد البقع الشمسية يتتبع قوة المجال المغناطيسي داخل الشمس، فإننا نعتقد أن دورة البقع الشمسية التي تبلغ 11 عامًا تعكس دورة في قوة المجال المغناطيسي الداخلي للشمس”.
نمذجة المجال المغناطيسي للشمس
من الصعب رؤية خطوط المجال المغناطيسي للشمس، والتي تلتف عبر الغلاف الجوي الشمسي لتشكل شبكة معقدة من الهياكل المغناطيسية الأكثر تعقيدًا بكثير من المجال المغناطيسي للأرض. ومن أجل فهم أفضل لكيفية عمل المجال المغناطيسي للشمس، يلجأ العلماء إلى النماذج الرياضية.
في سابقة علمية، كان النموذج الذي طوره ليكوانيت وزملاؤه مسؤولاً عن ظاهرة تسمى التذبذب الالتوائي – تدفقات الغاز والبلازما المدفوعة مغناطيسيًا داخل الشمس وحولها والتي تساهم في تكوين البقع الشمسية.
وفي بعض المناطق، يتسارع أو يتباطأ دوران هذه الميزة الشمسية، بينما يظل ثابتا في مناطق أخرى. مثل الدورة المغناطيسية الشمسية التي تبلغ مدتها 11 عامًا، تمر التذبذبات الالتوائية أيضًا بدورة مدتها 11 عامًا.
“لقد أعطتنا الملاحظات الشمسية فكرة جيدة عن كيفية تحرك المواد داخل الشمس. وقال لوكوانت: “من أجل حساباتنا الحاسوبية الفائقة، قمنا بحل المعادلات لتحديد كيفية تغير المجال المغناطيسي داخل الشمس بسبب الحركات المرصودة”.
وأضاف: “لم يقم أحد بهذه العملية الحسابية من قبل لأنه لم يكن أحد يعرف كيفية إجراء العملية الحسابية بكفاءة”.
وأظهرت حسابات المجموعة أنه يمكن توليد المجالات المغناطيسية على عمق حوالي 20 ألف ميل (32100 كيلومتر) تحت سطح الشمس، وهو أقرب بكثير إلى السطح مما كان مفترضًا في السابق. أشارت نماذج أخرى إلى أنه كان أعمق بكثير، حوالي 130 ألف ميل (209200 كيلومتر).
وقال ليكوانيت: “توفر فرضيتنا الجديدة تفسيرا طبيعيا للتذبذبات الالتوائية المفقودة في النماذج السابقة”.
“لغز فيزيائي فلكي”
وقال ليكوانيت إن الإنجاز المهم كان تطوير خوارزميات رقمية جديدة لتشغيل الحسابات. وقال ليكوانيت إن المؤلف الرئيسي للدراسة جيف فاسيل، والأستاذ بجامعة إدنبرة بالمملكة المتحدة، جاء بالفكرة منذ حوالي 20 عامًا، لكن الأمر استغرق أكثر من 10 سنوات لتطوير الخوارزميات وتطلب حاسوبًا عملاقًا قويًا تابعًا لناسا لإجراء هذه الفكرة. المحاكاة.
وقال: “لقد استخدمنا حوالي 15 مليون ساعة وحدة المعالجة المركزية في هذا التحقيق”. “وهذا يعني أنني لو حاولت إجراء الحسابات على جهاز الكمبيوتر المحمول الخاص بي، لاستغرق الأمر حوالي 450 عامًا.”
وفي تعليق نُشر جنبًا إلى جنب مع الدراسة، قالت إلين زويبل، أستاذة علم الفلك والفيزياء بجامعة ويسكونسن ماديسون، إن النتائج الأولية كانت مثيرة للاهتمام وستساعد في إثراء النماذج والأبحاث المستقبلية. ولم تشارك في الدراسة.
وقال زويبل إن الفريق أضاف “عنصرًا استفزازيًا إلى المزيج النظري الذي يمكن أن يكون مفتاحًا لكشف هذا اللغز الفيزيائي الفلكي”.
لمزيد من الأخبار والنشرات الإخبارية لـ CNN، قم بإنشاء حساب على CNN.com