التنبؤ بالطقس هو أداة قوية. خلال موسم الأعاصير، على سبيل المثال، يقوم خبراء الأرصاد الجوية بإنشاء محاكاة حاسوبية للتنبؤ بكيفية تشكل هذه العواصف المدمرة والأماكن التي يمكن أن تنتقل إليها، مما يساعد على منع إلحاق الضرر بالمجتمعات الساحلية. عندما تحاول التنبؤ بالطقس الفضائي، بدلًا من العواصف على الأرض، فإن إنشاء عمليات المحاكاة هذه يصبح أكثر تعقيدًا بعض الشيء. لمحاكاة الطقس الفضائي، ستحتاج إلى وضع الشمس والكواكب والفضاء الفارغ الشاسع بينهما في بيئة افتراضية، تُعرف أيضًا باسم صندوق المحاكاة، حيث ستتم جميع الحسابات.
يختلف الطقس الفضائي كثيرًا عن العواصف التي تراها على الأرض. تأتي هذه الأحداث من الشمس، التي تقذف انفجارات من الجسيمات المشحونة والمجالات المغناطيسية من سطحها. أقوى هذه الأحداث تسمى الانبعاثات الكتلية الإكليلية بين الكواكب، أو CMEs، والتي تنتقل بسرعات تقترب من 1800 ميل في الثانية (2897 كيلومترًا في الثانية).
ولوضع ذلك في نصابه الصحيح، يمكن لـ CME واحد أن ينقل كتلة من المواد المكافئة لكل البحيرات العظمى من مدينة نيويورك إلى لوس أنجلوس في أقل من ثانيتين فقط – وهو أسرع تقريبًا مما يتطلبه مصطلح “طقس الفضاء”.
عندما تضرب هذه الانبعاث الإكليلي الأرض، فإنها يمكن أن تسبب عواصف مغناطيسية أرضية، والتي تظهر في السماء على شكل شفق جميل. ويمكن لهذه العواصف أيضًا أن تلحق الضرر بالبنية التحتية التكنولوجية الرئيسية، مثل التدخل في تدفق الكهرباء في شبكة الطاقة والتسبب في ارتفاع درجة حرارة المحولات وفشلها.
لفهم كيف يمكن لهذه العواصف أن تسبب الكثير من الخراب، أنشأ فريقنا البحثي عمليات محاكاة لإظهار كيفية تفاعل العواصف مع الدرع المغناطيسي الطبيعي للأرض وتحفيز النشاط المغناطيسي الأرضي الخطير الذي يمكن أن يؤدي إلى إغلاق شبكات الكهرباء.
في دراسة نشرت في أكتوبر 2025 في مجلة الفيزياء الفلكية، قمنا بتصميم نموذج لأحد مصادر هذه العواصف الجيومغناطيسية: دوامات صغيرة تشبه الإعصار تنطلق من الشمس. تسمى هذه الدوامات بحبال التدفق، وقد رصدت الأقمار الصناعية سابقًا حبال تدفق صغيرة، لكن عملنا ساعد في الكشف عن كيفية توليدها.
التحدي
بدأ فريقنا هذا البحث في صيف 2023، عندما اكتشف أحدنا، وهو خبير في الطقس الفضائي، تناقضات في عمليات رصد الطقس الفضائي. وقد وجد هذا العمل أن العواصف المغناطيسية الأرضية تحدث خلال الفترات التي لم يكن من المتوقع أن تضرب فيها الانفجارات الشمسية الأرض.
أراد خبير الطقس الفضائي، في حيرة من أمره، معرفة ما إذا كان من الممكن أن تكون هناك أحداث طقس فضائي أصغر من الانبعاثات الكتلية الإكليلية ولم تنشأ مباشرة من الانفجارات الشمسية. وتوقع أن مثل هذه الأحداث قد تتشكل في الفضاء بين الشمس والأرض، بدلا من الغلاف الجوي للشمس.
أحد الأمثلة على أحداث الطقس الفضائي الصغيرة هذه هو حبل التدفق المغناطيسي، وهو عبارة عن حزم من المجالات المغناطيسية ملفوفة حول بعضها البعض مثل الحبل. إن اكتشافها في عمليات المحاكاة الحاسوبية للانفجارات الشمسية من شأنه أن يشير إلى المكان الذي قد تتشكل فيه أحداث الطقس الفضائي. على عكس عمليات رصد الأقمار الصناعية، يمكنك في عمليات المحاكاة إعادة عقارب الساعة إلى الوراء أو تتبع حدث ما لمعرفة مصدره.
لذلك سأل المؤلف الآخر، أحد كبار خبراء المحاكاة. اتضح أن العثور على أحداث الطقس الفضائي الأصغر لم يكن بهذه البساطة مثل محاكاة انفجار شمسي كبير وترك نموذج الكمبيوتر يعمل لفترة كافية حتى يصل الثوران إلى الأرض. ليس المقصود من عمليات المحاكاة الحاسوبية الحالية حل هذه الأحداث الصغيرة. وبدلاً من ذلك، فقد تم تصميمها للتركيز على الانفجارات الشمسية الكبيرة لأنها لها أكبر التأثيرات على البنية التحتية على الأرض.
وكان هذا النقص مخيبا للآمال تماما. كان الأمر أشبه بمحاولة التنبؤ بإعصار من خلال محاكاة لا تظهر لك سوى أنماط الطقس العالمية. نظرًا لأنك لا تستطيع رؤية إعصار بهذا الحجم، فإنك ستفوته تمامًا.
تُعرف عمليات المحاكاة واسعة النطاق هذه بالمحاكاة العالمية. يدرسون كيفية تشكل الانفجارات الشمسية على سطح الشمس وانتقالها عبر الفضاء. تعالج عمليات المحاكاة هذه تيارات الجسيمات المشحونة والمجالات المغناطيسية العائمة عبر الفضاء كسوائل لتقليل التكلفة الحسابية، مقارنة بنمذجة كل جسيم مشحون بشكل مستقل. إنه مثل قياس درجة الحرارة الإجمالية للمياه في زجاجة، بدلاً من تتبع كل جزيء ماء على حدة.
ونظرًا لأن عمليات المحاكاة هذه عبارة عن ظواهر حسابية تحدث عبر مثل هذه المساحة الشاسعة، فإنها لا تستطيع حل كل التفاصيل. ولحل مشكلة الفضاء الشاسع بين الشمس والكواكب بتكلفة معقولة، قام الباحثون بتقسيم الفضاء إلى مكعبات كبيرة – تشبه وحدات البكسل ثنائية الأبعاد في الكاميرا. في المحاكاة، يمثل كل من هذه المكعبات مساحة يبلغ عرضها مليون ميل (1.6 مليون كيلومتر) وطولها وعرضها. وتعادل تلك المسافة حوالي 1% من المسافة بين الأرض والشمس.
يبدأ البحث
بدأ بحثنا بما بدا وكأنه بحث عن إبرة في كومة قش. كنا نبحث في عمليات المحاكاة العالمية القديمة، بحثًا عن فقاعة صغيرة عابرة – والتي من شأنها أن تشير إلى حبل التدفق – داخل مساحة من الفضاء أوسع بمئات المرات من الشمس نفسها. بحثنا الأولي لم يسفر عن أي شيء.
ثم حولنا تركيزنا إلى عمليات محاكاة حدث الثوران الشمسي في مايو 2024. هذه المرة، نظرنا على وجه التحديد إلى المنطقة التي اصطدم فيها الانفجار الشمسي بتدفق هادئ من الجسيمات المشحونة والمجالات المغناطيسية، التي تسمى الرياح الشمسية، أمامه.
لقد كان هناك: نظام متميز لحبال التدفق المغناطيسي.
ومع ذلك، كانت حماستنا قصيرة الأجل. لم نتمكن من معرفة من أين أتت حبال التدفق هذه. وكانت حبال التدفق النموذجية أيضًا صغيرة جدًا بحيث لا يمكنها البقاء، وفي النهاية تلاشت لأنها أصبحت أصغر من أن يتم حلها باستخدام شبكة المحاكاة الخاصة بنا.
ولكن هذا هو نوع الدليل الذي نحتاجه، وهو وجود حبال التدفق في الموقع الذي اصطدم فيه الانفجار الشمسي بالرياح الشمسية.
ولتسوية هذه المشكلة، قررنا سد هذه الفجوة وإنشاء نموذج حاسوبي بحجم شبكة أدق من عمليات المحاكاة العالمية السابقة المستخدمة. نظرًا لأن زيادة الدقة عبر مساحة المحاكاة بأكملها ستكون باهظة التكلفة، فقد قررنا زيادة دقة المحاكاة فقط على طول مسار حبال التدفق.
يمكن لعمليات المحاكاة الجديدة الآن حل الميزات التي امتدت لمسافات ستة أضعاف قطر الأرض البالغ 8000 ميل (أو 128000 كيلومتر) وصولاً إلى عشرات الآلاف من الأميال – أي ما يقرب من 100 مرة أفضل من عمليات المحاكاة السابقة.
تحقيق الاكتشاف
بمجرد أن قمنا بتصميم واختبار شبكة المحاكاة، فقد حان الوقت لمحاكاة نفس الانفجار الشمسي الذي أدى إلى تكوين حبال التدفق تلك في النموذج الأقل دقة. أردنا دراسة تكوين تلك الحبال المتدفقة وكيفية نموها وتغير شكلها وربما انتهائها في الإسفين الضيق الذي يشمل الفضاء بين الشمس والأرض. وكانت النتائج مذهلة.
كشفت الصورة عالية الدقة أن حبال التدفق تشكلت عندما اصطدم الانفجار الشمسي بالرياح الشمسية الأبطأ التي كانت أمامه. كانت الهياكل الجديدة تتمتع بقدر لا يصدق من التعقيد والقوة التي استمرت لفترة أطول بكثير مما توقعنا. ومن حيث الأرصاد الجوية، كان الأمر أشبه بمشاهدة إعصار يولد مجموعة من الأعاصير.
لقد وجدنا أن المجالات المغناطيسية في هذه الدوامات كانت قوية بما يكفي لإثارة عاصفة مغناطيسية أرضية كبيرة والتسبب في بعض المشاكل الحقيقية هنا على الأرض. لكن الأهم من ذلك هو أن عمليات المحاكاة أكدت أن هناك بالفعل أحداث طقس فضائي تتشكل محليًا في الفضاء بين الشمس والأرض. خطوتنا التالية هي محاكاة كيفية تأثير هذه الميزات الشبيهة بالإعصار في الرياح الشمسية على كوكبنا وبنيتنا التحتية.
كانت مشاهدة هذه الحبال المتدفقة في شكل المحاكاة بهذه السرعة وهي تتحرك نحو الأرض أمرًا مثيرًا، ولكنه مثير للقلق. لقد كان الأمر مثيرًا لأن هذا الاكتشاف يمكن أن يساعدنا في التخطيط بشكل أفضل لأحداث الطقس الفضائي المتطرفة في المستقبل. كان الأمر مقلقًا في الوقت نفسه، لأن حبال التدفق هذه لن تظهر إلا كنقطة صغيرة في شاشات مراقبة الطقس الفضائي اليوم.
سنحتاج إلى أقمار صناعية متعددة لرؤية حبال التدفق هذه بشكل مباشر وبتفاصيل أكبر حتى يتمكن العلماء من التنبؤ بشكل أكثر موثوقية بما إذا كانت ستؤثر على كوكبنا ومتى وفي أي اتجاه وما قد تكون عليه النتيجة. والخبر السار هو أن العلماء والمهندسين يعملون على تطوير الجيل القادم من البعثات الفضائية التي يمكنها معالجة هذه المشكلة.
تم إعادة نشر هذا المقال من The Conversation، وهي منظمة إخبارية مستقلة غير ربحية تقدم لك حقائق وتحليلات جديرة بالثقة لمساعدتك على فهم عالمنا المعقد. بقلم : مجتبى أخوان تفتي . جامعة ميشيغان ووارد ب. (تشيب) مانشستر، جامعة ميشيغان
اقرأ المزيد:
مجتبى أخوان تفتي هو الباحث الرئيسي في وكالة تحقيقات الطقس الفضائي (SWIFT). يتلقى تمويلًا من وكالة ناسا.
دبليو مانشستر هو محقق مشارك في وكالة تحقيقات الطقس الفضائي (SWIFT). يتلقى تمويلًا من وكالة ناسا والمؤسسة الوطنية للعلوم (NSF).