التوهجات الشمسية هي تحرر مفاجئ للطاقة المغناطيسية المخزنة في الإكليل. يفترض النموذج القياسي، الذي طُوّر في ستينيات وسبعينيات القرن العشرين، أن إعادة الاتصال للخطوط المغناطيسية في الإكليل تسرّع الإلكترونات، التي تصطدم بعد ذلك بالكروموسفير وتُسخّنه. تتمدد المادة الساخنة وتندفع إلى الأعلى، وتُسمى هذه العملية بالتبخر الكروموسفيري (chromospheric evaporation). ومع ذلك، أظهرت الأرصاد عالية الدقة أن التيارات الصاعدة تظهر مبكرًا جدًا وعلى أعماق كبيرة جدًا بحيث لا يمكن تفسيرها فقط باصطدامات الإلكترونات. يندرج هذا العمل ضمن سلسلة من الدراسات التي تحاول، باستخدام أدوات جديدة مثل Sunrise III، النظر إلى الطبقات السفلى من الغلاف الجوي للشمس والتحقق من مدى تطابق النموذج القياسي مع الواقع.
أُجريت الأرصاد من على متن البالون الاستراتوسفيري Sunrise III، الذي ارتفع إلى حوالي 37 كم، حيث لا يكاد الغلاف الجوي يعيق الرصد. المطياف الشمسي SUSI، وهو مطياف استقطابي للأشعة فوق البنفسجية ومُصوِّر، قام بمسح منطقة نشطة في النطاق 310–400 نانومتر. بفضل حد الحيود، بلغت الدقة حوالي 59 كم على سطح الشمس، وهي أفضل بعدة مرات من البعثات السابقة. حلل الباحثون الخطوط الطيفية للحديد Fe II عند 325.59 نانومتر و329.58 نانومتر، والتي تتشكل في الكروموسفير العميق على ارتفاع 0.5–1 ميكرومتر (مم). أتاحت الإزاحات الدوبلرية لهذه الخطوط قياس سرعات حركة البلازما. للمقارنة، استُخدمت بيانات الأشعة السينية الصلبة من القمرين الصناعيين Fermi/GBM وASO-S/HXI، بالإضافة إلى حسابات نموذجية باستخدام كود RADYN.
في مرحلة ما قبل التوهج، أي قبل 5–10 دقائق من بدء النمو النبضي للأشعة السينية الصلبة، وُجدت في أطياف Fe II مكونات دوبلرية واضحة بإزاحات ±10 كم/ثانية. تشير الأجنحة الزرقاء للخطوط إلى تدفقات صاعدة، بينما تشير الحمراء إلى تدفقات هابطة. تصل المقاييس المكانية لهذه التدفقات إلى 60–100 كم، وهو قريب من حد دقة الجهاز. التدفقات الصاعدة أضعف شدة من الهابطة، وتقع في أشرطة ضيقة على حواف المناطق الأكثر سطوعًا للهبوط. خلال المرحلة النبضية، يستمر المشهد: المكونات الزرقاء والحمراء تتعايش. في الوقت نفسه، يكون الإشعاع السيني الصلب في مرحلة ما قبل التوهج حراريًا بطبيعته بدرجة حرارة حوالي 15 مليون كلفن (MK)، بينما يظهر خلال النبضة مكون غير حراري، لكن بطيف ناعم جدًا (مؤشر 7–9) وطاقة قطع منخفضة (10–25 كيلو إلكترون فولت). المحاكاة باستخدام برنامج RADYN مع هذه المعلمات لحزمة الإلكترونات لا تعيد إنتاج الإزاحات الدوبلرية المرصودة: الخطوط المُصنَّعة تُظهر فقط عدم تماثل ضعيف في الأجنحة دون مكونات واضحة عند ±10 كم/ثانية.
تتحدى النتائج النموذج القياسي للتوهج الشمسي. إذا ظهرت التدفقات الصاعدة في الكروموسفير العميق قبل وصول الإلكترونات عالية الطاقة، فهذا يعني أن الطاقة تُنقل بطريقة أخرى. المرشحون المحتملون: التوصيل الحراري من الإكليل، أو موجات ألففين، أو إعادة الاتصال المغناطيسي المحلي مباشرة في الطبقات السفلى. لا يفسر أي من هذه الآليات الصورة كاملة حتى الآن. يتميز هذا العمل عن الدراسات المجاورة بأنه يسجل لأول مرة التبخر على هذه الارتفاعات الصغيرة وفي هذه المرحلة المبكرة، باستخدام خطوط Fe II التي لم تُستخدم سابقًا للتوهجات. وهذا يفتح نافذة جديدة لتشخيص الغلاف الجوي السفلي للشمس.
من المرجح أن يتطور الموضوع نحو نمذجة أكثر تفصيلاً لنقل الطاقة في الكروموسفير مع مراعاة البنية غير المتجانسة للمجال المغناطيسي. ستكون هناك حاجة إلى أرصاد جديدة بدقة زمنية ومكانية أعلى، خاصة في نطاق الأشعة فوق البنفسجية. من المهم أيضًا تحسين حساسية كاشفات الأشعة السينية الصلبة لالتقاط الإشارات الضعيفة في مرحلة ما قبل التوهج. التحليل المشترك للبيانات من ارتفاعات مختلفة في الغلاف الجوي للشمس سيساعد في بناء صورة كاملة لدورة المادة أثناء التوهج.
ستؤثر النتائج على فيزياء التوهجات الشمسية، ونماذج الطقس الفضائي، وتفسير أرصاد التوهجات النجمية على نجوم أخرى.
إجراء أرصاد مماثلة لتوهجات أقوى وفي مناطق نشطة أخرى. تطوير نماذج عددية جديدة تشمل إعادة الاتصال المحلي في الكروموسفير.
يرتبط العمل مباشرة بالمشكلة غير المحلولة لنقل الطاقة في التوهجات الشمسية: كيف تُنقل الطاقة من الإكليل إلى الطبقات السفلى من الغلاف الجوي. لا تستطيع النماذج الحالية تفسير الظهور المبكر للتدفقات الصاعدة. وهذا يشير إلى ضرورة إعادة النظر في آليات تسخين الكروموسفير وتسريع الجسيمات.
هذا القسم موجَّه إلى مؤلف العمل وزملائه. الأعمال المجاورة عثر عليها بحثٌ دلالي في أرشيفنا، لا بتطابق الكلمات. نحن لا نقيّم العمل: نعرض الحقل من حوله.
ماذا يفعل هذا العمل
يحلل العمل الملاحظات المأخوذة من مهمة Sunrise III في خطوط Fe II التي تتشكل في الكروموسفير السفلي، ويكتشف مكونات دوبلر بسرعات ±10 كم/ثانية، مما يشير إلى تدفقات صاعدة وهابطة. وقد تبين أن التدفقات الصاعدة تظهر قبل 5–10 دقائق من الارتفاع النبضي في الأشعة السينية الصلبة، وأن نمذجة RADYN باستخدام معلمات حزمة الإلكترونات المرصودة لا تعيد إنتاج الإزاحات المرصودة.
أين تكمن قوته
تكمن قوة العمل في الدليل الرصدي المباشر على التدفقات الصاعدة المبكرة في الكروموسفير السفلي، مما يضع النموذج القياسي للانفجارات الشمسية موضع تساؤل ويفتح الطريق للبحث عن آليات بديلة لنقل الطاقة.
إلى أين يمكن المضي
يستحق التجربة
لماذا قد يكون هذا مهمًا
إذا كانت التدفقات الصاعدة المبكرة غير مرتبطة فعلاً بحزمة الإلكترونات، فإن ذلك سيتطلب إعادة النظر في آليات إطلاق الطاقة في الانفجارات الشمسية وقد يؤثر على فهمنا لتسخين الإكليل بشكل عام.
أعمال قريبة في أرشيفنا
الأرشيف خالٍ حول هذا العمل: أقرب تحليل عند 0.60 فقط، مقابل 0.64 المعتادة. يبدو أن الحفر بجواره كان نادرًا.
ارتفع المرصد الاستراتوسفيري Sunrise III إلى ارتفاع 37 كم، حيث تكون السماء أنقى للأشعة فوق البنفسجية بمقدار 100 مرة مما هي عليه عند مستوى سطح البحر. بفضل هذا، تمكن من تحقيق دقة 59 كم على الشمس، وهو ما يعادل حجم مدينة صغيرة.
في رواية آرثر كلارك «العاصفة الشمسية»، تهدد التوهجات الشمسية الأرض، لكن آليات حدوثها موصوفة بشكل تخطيطي. يُظهر هذا العمل مدى تعقيد الفيزياء الحقيقية: حتى في الطبقات السفلى من الغلاف الجوي للنجم، تحدث عمليات بدأنا للتو في فهمها.