هل قوة الكوكب المنخفضة تجبر عمليات مزامنة البقع الشمسية العادية؟

صورة للشمس فوق البنفسجية ، مغطاة بخريطة لخطوط المجال المغناطيسي. الصورة عبر ناسا / SDO / AIA / LMSAL.

من كيمبرلي MS كارتييه ، أعيد طبعها بإذن من Eos .

لأكثر من 1000 عام ، بلغ عدد البقع الشمسية كحد أدنى في غضون بضع سنوات من محاذاة الكواكب الرئيسية. أظهرت دراسة حديثة أن المد والجزر التي تنشأ عن هذه المحاذاة كل 11 عامًا قوية بما يكفي لسحب المواد بالقرب من سطح الشمس ومزامنة التغيرات الموضعية في مجالها المغناطيسي.

فرانك ستيفاني ، مؤلف الدراسة الرئيسي ، أخبر Eos .

لقد لاحظنا من البيانات التاريخية أن هناك درجة مذهلة من الانتظام في دورة البقع الشمسية.

ستيفاني هو زميل أبحاث في ديناميات الموائع في Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf في درسدن ، ألمانيا. هو قال:

لدينا بالتأكيد عملية قطع مسافة السباق. ولكن بعد ذلك كان السؤال ، ما هي الساعة؟

تتوسع الدراسة بناءً على النموذج المقبول عمومًا للدينامو الشمسي وتدعم نظرية قديمة العهد وهي أن التكوينات الكوكبية مسؤولة عن دورة البقع الشمسية والدورة الشمسية المغناطيسية.

الجرح ، الملتوية ، وغير مستقرة

ككرة غزل عملاقة من البلازما ، الحقل المغناطيسي للشمس معقد للغاية. تبدأ خطوط المجال المغنطيسي كخطوط متوازية تمتد من الشمال إلى القطب الجنوبي. ولكن نظرًا لأن الشمس تدور بسرعة أكبر عند خط الاستواء من أقطابها ، فإن خطوط المجال المغنطيسي من القطب إلى القطب تلتف ببطء وتلتف حول الشمس ، وتمتد مثل التافي من منتصف الخط لتصبح أفقية.

رسم تخطيطي مبسط لخط مجال مغناطيسي واحد حيث يلتف حول الشمس (تأثير أوميغا) ثم يلتف على نفسه (تأثير ألفا). تشير الأسهم إلى الاتجاه الذي تتحرك فيه المادة الشمسية أثناء سحب خط الحقل بها. الصورة عبر ناسا / MSFC.

علاوة على الحركة الدورانية للبلازما الشمسية ، يقوم الحمل الحراري بنقل المواد من خط الاستواء إلى القطبين والعودة مرة أخرى. هذا يحرف خطوط الحقل حول بعضها البعض إلى حلقات ولوالب.

يتم وصف لف ولف خطوط المجال المغناطيسي للشمس بواسطة نموذج دينامو ألفا أوميغا. في هذا النموذج ، يمثل alpha التواء ، وتمثل أوميغا الالتفاف. خطوط الحقل المتشابكة يمكن أن تخلق عدم استقرار في المجال المغناطيسي المحلي وتسبب البقع الشمسية أو التوهجات أو القذف الجماعي.

وأوضح ستيفاني أن هذا النموذج هو التفسير المقبول عمومًا لسلوك الحقل المغناطيسي للشمس ، لكنه ليس مثاليًا. ويتوقع أن يتذبذب عدم الثبات بشكل عشوائي كل بضع سنوات. لكن النموذج لا يمكن أن يفسر سبب تلاشي عدد البقع الشمسية وتراجعها في دورة مدتها 11 عامًا تقريبًا أو سبب تقلب الحقل المغنطيسي للشمس إلى القطبية كل 22 عامًا.

انخفاض المد ، انخفاض النشاط

تحدث ظاهرة أخرى في النظام الشمسي كل 11 عامًا: تتشابك الزهرة والأرض والمشتري في مداراتها. هذه الكواكب الثلاثة لها أقوى تأثير المد والجزر على الشمس ، الأولان بسبب قربهما من الشمس والثالث بسبب كتلته. لقد أظهرت دراسات الرصد السابقة أن الحد الأدنى في دورة البقع الشمسية قد حدث في غضون بضع سنوات من هذا التوافق خلال الألف عام الماضية أو نحو ذلك. قال ستيفاني:

إذا نظرت إلى هذا الاتجاه ، فستكون لديه توازٍ مدهش.

أراد الباحثون اختبار ما إذا كان محاذاة الكواكب يمكن أن تؤثر على تأثير ألفا للشمس وإجبار مد منخفض بين الكواكب على فترات منتظمة. بدأ الفريق بنموذج دينامو ألفا أوميغا القياسي وأضف جرًا صغيرًا على المد والجزر إلى تأثير ألفا كل 11 عامًا لمحاكاة المحاذاة. وأوضح ستيفاني:

نموذج دينامو لدينا ليس نموذجًا جديدًا تمامًا. نحن نبني حقًا على دينامو ألفا أوميغا القديم أو التقليدي.

أظهرت المحاكاة أنه حتى الجرار المد والجزر الضعيف الذي يبلغ متر واحد [حوالي 1 ياردة] في الثانية كل 11 عامًا أجبر على تحريفات مغناطيسية غير مستقرة للنبض مع تلك الفترة نفسها. تتقلب قطبية دينامو المحاكاة مع فترة 22 عامًا تمامًا مثل دينامو الطاقة الشمسية الحقيقي. قال ستيفاني:

مع القليل من هذا ألفا الدوري ، يمكننا بالفعل مزامنة فترة دينامو إلى 22 سنة [مع] التأثير الكوكبي.

يجادل الباحثون ، نظرًا لأن هذه الثغرات المغناطيسية مرتبطة بالنشاط الشمسي ، ويمكن لهذا التزامن أيضًا أن يقمع (أو يولِّد) البقع الشمسية عبر الشمس في نفس الوقت تقريبًا - بمعنى آخر ، دورة البقع الشمسية. نشر الفريق هذه النتائج في فيزياء الطاقة الشمسية في أواخر مايو 2019.

نتيجة عكسية؟

ستيف توبياس باحث في مجال الطاقة الشمسية في جامعة ليدز بالمملكة المتحدة ولم يشارك في هذا البحث. هو قال:

هذه هي ورقة مثيرة للاهتمام.

جادل توبياس أن المد والجزر مجتمعة أضعف من أن تحدد مباشرة طول الدورة الشمسية. وقال ل Eos إن ديناميات البلازما في عمق الشمس هي السبب الأكثر ترجيحًا.

ومع ذلك ، قال ، هذه الدراسة

... يبدو أنه يظهر أنه حتى كمية صغيرة من التأثيرات الناتجة عن عمليات المد والجزر يمكنها مزامنة الدورة بشكل صدى. يجب استكشاف هذه النتيجة المضادة للحدس بشكل أكبر من خلال التحقيق في سلوك الوكلاء للنشاط الشمسي مثل معدلات إنتاج نظائر البريليوم المترسبة في قلب الجليد.

وقال ستيفاني إنه من المحتمل أن يكون للأنظمة الكوكبية الأخرى كواكب مهيمنة صداها تدور صداها مع شمسنا مثلنا ، لكن من غير المحتمل أن نكون قادرين على إثبات ذلك. بالنسبة لمعظم النجوم ، قال:

... لدينا ملاحظات تعود إلى حوالي 40 عامًا. والناس سعداء إذا تمكنوا من تحديد فترتين أو ثلاث أو أربع فترات. فقط لدينا شمس لدينا كل الملاحظات التاريخية. لدينا بيانات البريليوم. يمكننا العودة لآلاف السنين.

شمسنا نجمة عادية تمامًا ، لكنها خاصة جدًا بهذا المعنى.

خلاصة القول: تشير الأبحاث الجديدة إلى أن المواءمة المنتظمة للكواكب تجعل قاطرة قوية بما يكفي لتنظيم دورات الشمس لمدة 11 و 22 عامًا.

عبر Eos