چه بر سر خورشید آمده است؟

خورشید رفتارهایی غیر عادی پیدا کرده و به گفته‌ی یکی از دانشمندان، مشابه رفتاری که در حال حاضر از خورشید سر می زند را هیچ کس به خاطر نمی آورد. از این رو، دانشمندان در پی آنند تا دریابند آیا این ستاره حیات بخش مثل قبل خواهد تابید

لکه های خورشیدی می آیند و می روند اما مثل این که اخیراً بیشترشان رفته اند و دیگر بازنگشته اند. برای قرون متمادی، شتاره شناسان با رصد سطح خورشید، ظهور لکه ها را ثبت کرده اند، لکه هایی که چند روز یا چند هفته و یا حتی چند ماهد بر سطح این ستاره درخشان حضور دارند و دوباره محو می شوند. درنتیجه تلاش های این پژوهشگران، اکنون ما می دانیم که نوسان تعداد لکه های خورشیدی، چرخه ای یازده ساله را می پیماید.
اما در طول دو سال گذشته تعداد این لکه ها به شدت کاهش یافته است. غیبت لکه ها که در یک قرن اخیر تا این حد طولانی نبوده است، حتی رصدگران حرفه ای خورشید را شگفت زده کرده است. "دیوید هاتوی" که به عنوان فیزیکدان در ناسا و در مرکز فضایی مارشال در ایالت آلاباما مشغول به فعالیت است، می گوید:"مشابه رفتاری که در حال حاضر از خورشید سر می زند را هیچ کس به خاطر نمی آورد." در حال حاضر ناوگانی از تلسکوپ های فضایی در حال بررسی خورشید هستند، البته با دقتی که تاکنون سابقه نداشته است. نتایجی که این اسکادران فضایی به زمین ارسال می کند، تصویر تازه ای از ستاره همسایه ما وتأثیر آن بر روی کره زمین را در اختیارمان قرار می دهد. لکه های خورشیدی و سایر مولفه های کلیدی، حکایت از آن دارد که فعالیت مغناطیسی خورشید در حال تحلیل رفتن است و حتی خود این ستاره نیزممکن است در حال کوچک شدن باشد. وقتی این نتایج را در کنار یکدیگر قرار می دهیم، درمی یابیم که واقعه ای ژرف در داخل خورشید در حال وقوع است. اما سوال اینجاست که واقعه مورد نظر چیست؟
باتوجه به وضعیت لکه‌ها می توان دریافت که احتمالاً طوفان های عظیمی در راهند که می توانند انرژی معادل میلیاردها بمب اتمی را آزاد کنند. ترس از این مسئله که این طوفان ها ممکن است اثرات مخرب قابل ملاحظه ای بر زمین داشته باشند و همچنین اهمیت بررسی اثرات خورشید بر روند گرمایش زمین، مطالعاتی از این دست را دراولویت قرار داده است. "برنارد فک"، یکی از دانشمندان پروژه مشترک ناسا و سازمان فضایی اوپا که پانزده سال قبل و برای رصد خورشید و هورسپهر به اجرا درآمد، می گوید:"در آن زمان همه می دانستند که بررسی دوره تناوب تغییرات فعالیت خورشید جزء ماموریت های اصلی این پروژه نخواهد بود، اما امروز کلیدی ترین پرسشی مطرح در این پروژه همین موضوع است."

این خورشید بد رفتار

لکه های خورشیدی پنجره هایی هستند به سوی روح مغناطیسی این ستاره. این لکه ها در اثر حلقه های عظیم مغناطیسی پدیدار می شوند که از اعماق خورشید سرچشمه گرفته و پس از رسیدن به سطح، انفجار عظیمی را پدید آورده و موجبات افت شدید دما را در محدوده خود فراهم می آورند. این مکان های سردتر را می توان به صورت لکه های سیاه مشاهده کرد. هرگونه تغییر در تعداد این لکه ها، پژواکی است از تغییراتی که درون خورشید به وقوع می پیوندد. هاتوی می گوید:"در طی این دوران گذار، خورشید به ما فرصت می دهد
تا نگاهی سریع به درونش بیندازیم."
هنگامی که در پایان چرخه یازده ساله، تعداد لکه ها کاهش می یابد، طوفان های خورشیدی تقلیل یافته و ستاره بسیار آرام تر می شود. این کمینه خورشیدی چندان دوام ندارد و در کمتر از یک سال، لکه ها و طوفان های دوباره اوج گرفته و راه خود را به سوی بیشینه بعدی خورشیدی از سر می گیرند.
نکته ای از سیر نزولی اخیر را از دوره های پیشین متمایز می کند، آن است که خورشید در وارد شدن به دوره جدید خود با مشکل موجه شده است. دوران آرامش خورشیدی در سال 2007 آغاز شد و لذا انتظار می رفت که تعداد لکه ها در سال 2008 همچنان اندک باشد. شبیه سازی رایانه ای نشان می داد که وقتی لکه های خورشیدی دوباره به عرصه گام نهند، با شدت بیشتری باز خواهند گشت. هاتوی پیش بینی کرد که در این دوره، تعداد لکه ها، طوفان ها و همچنین انرژی های انفجاری رها شده در فضا بیشترخواهد بود. دیگران حتی پا را فراتر نهاده و این دوره را شدیدترین دوره خورشیدی ثبت شده پیش بینی می کردند. اما خورشید، سخنی
دیگر گونه گفت.
نخستین نشانه هایی که حکایت از اشتباه بودن تمامی پیش بینی ها داشت در سال 2008 رخ نمود، هنگامی که مشخص شد این سال آرام تر از آن چیزی است که پیش بینی می شد. در آن سال، خورشید در 73 درصد اوقات فاقد لکه بود که این نزول، حتی برای کمینه خورشیدی نیز فراتر از حد معمول بود. تنها کمینه ثبت شده ای که تاکنون از این مرز عبور کرده، مربوط است به سال 1913 با 85 درصد.
هنگامی که سال 2009 از راه رسید، فیزیکدانان متخصص در زمینه خورشید، در انتظار فعالیت های بیشتر بودند. انتظاری که هرگز به واقعیت نپیوست. خورشید به رفتار بیمار گونه خود ادامه تا این که در میانه ماه دسامبر بزرگ ترین گروه لکه های خورشیدی که در این چند سال مشاهده شده است پدیدار شد. اما آیا این وضعیت به حالت طبیعی بازگشت؟نه
اگرچه دوره تناوب خورشید بالاخره در مسیر طبیعی خود قرار گرفته، اما هنوز تعداد لکه ها بسیار کمتر از حد انتظار است. باید چیزی در داخل خورشید تغییر کرده باشد، موردی که در پیش بینی‌های مدل موجود لحاظ نشده است.اما دقیقاً چه چیزی روی داده است؟
رصدهای متعددی که با استفاده از تلسکوپ های زمینی و فضایی انجام نشده است نشان می دهد که رمز این رفتار در کمربندی های نقاله ای گازی نهفته است که به طور مداوم ماده و مغناطیس را مابین درون و سطح خورشید جا به جا می کنند. به طور متوسط، چهل سال طول می کشد تا این کمربندهای نقاله ای یک دوره کامل بپیمایند (نمودار صفحه 45 را ببینید.)
جریان درونی خورشید اما حکایت از وضعیت دیگری دارد. "راشل هاو" و "فرانک هیل" از رصدخانه ملی خورشید در ایالت آریزونا، از رصد های انجام شده از آشفتگی های سطح خورشیدی که حاصل وقایعی نظیر زمین لرزه اما بر روی خورشید هستند، استفاده کرده اند تا به شرایطی که درون این ستاره وجود دارد پی ببرند. این گروه با تحلیل داده های به دست آمده از سال 2009 دریافته اند که همزمان با افزیش سرعت کمربند سطحی خورشید، سرعت در بخش های متناظر داخلی به شدت کاهش یافته است.
این یافته ها، پایه های بهترین مدل های رایانه ای موجود را به لرزه در آمورده است. هاتوی می گوید:"اگر چه این یافته ها به واقع نظریات ما رابه چالش می کشند، اما از جهاتی نیز دلپذیرند."
دستاوردهای مورد بحث نه تنها بر درک ما از خورشید تأثیر می گذارند، بلکه میزان تأثیراتی که تغییر در وضعیت خورشید می تواند بر آب و هوای زمین برجای بگذارد را نیز تغییر می کنند و البته علاوه بر تمامی این موارد بسیار نیز جنجال برانگیز خواهند بود.
برای گروهی که در پی آن هستند که تحولات خورشیدی را عامل اصلی تغییرات آب و هوایی قلمداد کنند، این یافته ها از ارزش بسیار زیادی برخوردار است و به آنها در این راه کمک می کند تا بتواند تمرکز بر روی تأثیر تولید گازهای گلخانه ای بر گرمایش زمین را از میان بردارند. سایرین اما به همین اندازه بر روی تأثیر ناچیز خورشید بر تغییرات آب و هوایی تاکید می کنند.
در صورتی که مجادله با انجام یک آزمون حلو وفصل گردد، در آن صورت راهبرد مسئله گرمایش زمین برمبنای بررسی پیامدهای احتمالی حذف یکی از عواملی دخیل در تغییرات آب وهوایی از فهرست متهمان و لحاظ کردن عامل دیگر به تنهایی، بنا خواهد شد. کاهش بیش از پیش فعالیت خورشید در دو سال گذشته، می تواند دقیقا همان آزمون مورد نظر ما باشد که در آن میزان تابش گسیل شده به سوی سیاره ما به شدت دستخوش تغییر شده اشت. یواناهای که هواشناس کالج سلطنتی لندن است، چنین اظهار میدارد:"این واقعه می تواند یک آزمون طبیعی بسیار مفید و دقیق باشد. در حال حاضر ما تنها باید در انتظار پاسخ زمین به این تغییرات بمانیم."

ارتباط آب و هوایی

"مایک لاکوود" از دانشگاه ریدینگ انگلستان، ممکن است کسی باشد که نخستین نشانه ها را درک کرده است؛ نشانه هایی که همانا زمستان بسیار سرد اروپا در سال 2009 و2010 بوده است. وی با بررسی داده های ثبت شده از سال 1650 به این سو، دریافته است که زمستان های بسیار سرد اروپا عمدتا در دوران رکود فعالیت خورشید به وقوع پیوسته است. این یافته، با فرض تأثیر خورشید بر افزایش گرمای زمین همخوانی دارد؛ اگر چه هنوز نمی تواند تاثیر عوامل محلی و منطقه ای را ناچیز کرده و خود یکه تاز این میدان شود.
نمونه ای دیگر از این دست، کمینه "ماندر" است که از سال 1645 تا 1715 به طول انجامید و در طی آن تعداد لکه های خورشیدی به تدریج کاهش یافته و فعالیت خورشیدی سیر نزولی را طی کرد. اگر رکود مشابهی در رفتار خورشید در راه باشد و تا سال 2100 ادامه پیدا کند، براساس محاسبات صورت گرفته توسط "جورج فوئلنر" و "استفان رامستورف" در موسسه پژوهشی بررسی اثرات آب وهوایی در آلمان، متوسط دمای زمین 3/. درجه سانتی گراد کاهش خواهد یافت.
البته مورد دیگری باعث تشدید اثرات کمینه ماندر در شمال اروپا شد و آن همزمان شدن این دوران با عصر یخبندان کوچک است که تراکم زمستان های سردتر از معمول بیشتر شده و دمای متوسط قاره اروپا بین 1 تا 2 درجه سانتی گراد کاهش پیدا کرد.
به نظر می رسد که یک صعود متناظر، با وقوع بیشینه در برونداد خورشیدی مرتبط است. در سال 2008 "جودیت لین" در آزمایشگاه نیروی دریای در واشنگتن، مطالعاتی را منتشر کرد که بر مبنای آن، ازدیاد فعالیت های خورشیدی تأثیرات افزایشی نامتجانسی را بر گرمایش شمال اروپا بر جای گذارده است.
پرسشی که در اینجا مطرح می شود آن است که چرا خورشید چنین اثراتی را برجای می گذارد؟ از سال 2003 تجهیزات ویژه ای که در فضا مستقر شده اند به بررسی برونداد خورشید در طول موج های مختلف پرداخته و ارتباط آنها را با فعالیت خورشید بررسی کرده اند. نتایج بدست آمده، نوک پیکان را به سوی گسیل فرابنفش خورشید نشانه رفته است. لاکوود می گوید:"تابش فرابنفش بسیار بیشتر از آن چه انتظار داشتیم دستخوش تغییر می شود."
نور فرابنفش به شدت با فعالیت های خورشیدی در ارتباط است، چراکه شراره های خورشیدی در این بخش از طیف درخشندگی خاصی داشته و محمل مناسبی برای انتقال انرژی های انفجاری شراره ها به درون فضا هستند. این مسئله می تواند تأثیر قابل ملاحظه ای بر آب و هوای کره زمین داشته باشد، چراکه تابش فرابنفش توسط لایه ازن جذب می شود، لایه ای که دقیقاً در بالای زیرین سپهر یا همان تروپوسفر قرار گرفته است.
هرچه نور فرابنفش بیشتری به لایه استراتوسفر برسد، به منزله شکل گیری میزان بیشتری ازن است و ازن بیشتر باعث جذب بیشتر نور فرابنفش توسط استراتوسفر می شود. لذا در دوران افزایش فعالیت خورشیدی، استراتوسفر گرم تر شده و بر بادهای جاری در آن لایه تأثیر می گذارد. لاکوود می گوید:"میزان تغییرات در گرمای ورودی به استراتوسفر، بسیار بیشتر از تصور ماست."
گرمای مضاعف استراتوسفر ممکن است در پس اثراتی باشد که تغییرات فعالیت های خورشیدی در شمال اروپا احساس شده است. در سال 1996 "های" نشان داد که دمای استراتوسفر می تواند بر جریان‌های هوای موجود در ارتفاعات بالا (تندباد) که از سمت غرب به شرق اروپا در حرکت است، تاثیر بگذارد.
مطالعات اخیر صورت گرفته توسط لاکوود، نشان می دهد که هنگامی که فعالیت خورشید کاهش می یابد، تندبادهای ارتفاعات بالا قابلیت آن را پیدا می کنند که با تبدیل شدن به موانعی عظیم، از نفوذ باد غربی به اروپا جلوگیری کرده و برای بادهای قطبی که از سوی سیبری می وزند امکان تسلط بر هوای اروپا را فراهم کنند.
لاکوود معتقد است که :"در اروپا تعدا زیادی ایستگاه هواشناسی وجود دارد که اگر مراقب نباشم این اثرات خورشیدی می تواند بر میانگین دمای جهانی به دست آمده تأثیر بگذارند." به بیان دیگر، در صورتی که ما اثرات خورشید را بر آب و هوای اروپا در نظر نگیریم، این احتمال وجود خواهد داشت که درک ما از تغییرات آب وهوایی کره زمین دچار انحراف شود.
در این راه پر پیچ وخم، درست زمانی که یک راز گشوده می شود، سری دیگر روی می کند. فضاپیمای "سوهو" از زمانی که در پانزده سال پیش به فضا پرتاب شد، تا کنون دو کمینه خورشیدی، یک چرخه خورشیدی کامل و دو چرخه ناقص را رصد کرده است (یکی از چرخه ها در سال 1996 به پایان رسید و دیگری تازه به حرکت درآمده است.) در تمام این دوره زمانی، یکی از تجهیزات این فضاپیما به نام VIRGO (سنبله)، تابیدگی کل خورشید (TSI) یا به عبارتی انرژی سیل شده توسط خورشید را اندازه گیری کرده است. این اندازه گیری ها را می توان با موارد انجام شده در ماموریت های پیشین در کنار یکدیگر قرار داد تا به مجموعه ثبت شده ای از برونداد انرژی خورشیدی در 30 سال گذشته دست پیدا کرد. این مقایسه نشان می دهد که برونداد انرژی خورشید در کمینه اخیر، به میزان 0/015 درصد کمتر از دوره افول پیشین است. ممکن است در نگاه اول، نتیجه به دست آمده چندان جلب نظر نکند؛ اما از ارزش بسیار بالایی برخوردار است.
پیش تر تصور ما بر این بود که برونداد خورشیدی ثابت و مستدام است. این نظر در سال 1980 و پس از آغاز ماموریت ناسا با نام "بیشینه خورشیدی"، در مسیر تغییر قرار گرفت. رصدهای صورت گرفته نشان داد که در یک چرخه خورشیدی، میزان انرژی گسیل شده توسط خورشید می تواند در دوره های چند روزه یا چند هفته ای دچار 0/1 درصد نوسان شود.

مغناطیس خورشید

میدان مغناطیسی خورشید در مرز مابین منطقه همرفتی و تابشی که به Tachocline موسوم است، پدیدار می شود. کمربندهای گازی به آرامی از استوای ستاره به سوی قطب‌های آن جاری شده و در مسیر خود میدان های مغناطیسی تضعیف شده مربوط به لکه های خورشیدی قدیمی را می روبند. اینان همچون بذری برای نسل بعدی لکه های خورشیدی عمل می کنند و در جایی ظاهر می شوند که حلقه های میدان مغناطیسی از سطح ستاره بیرون زده و دوباره به دورن باز می گردند.

پیش بینی وضعیت لکه های خورشیدی

اگر چه لکه های خورشیدی پس از یک دوره کمینه طولانی دوباره به صحنه بازگشته اند، نشانه ها حکایت از آن دارد که هنوز اوضاع بر وفق مرا نیست. "ویلیام لیوینگستون"، دهه هاست که درصد خانه ملی خورشید در ایلات آریزونا به اندازه گیری قدرت میدان مغناطیسی خورشید مشغول است که با سوراخ کردن سطح خورشید شرایط را برای تکوین لکه های خورشیدی فراهم می آورد. سال گذشته وی وهمکارش "مت پن" اعلام کردند که بر مبنای مشاهدات آنان، از سال 1995 به این طرف، شدت میدان مغناطیسی لکه های خورشیدی به شدت کاهش یافته است.
در صورتی که روند به همین ترتیب ادامه پیدا کند، تا پنج سال آینده، شدت این میدان ها به زیر حد آستانه مورد نیاز برای تشکیل لکه ها خواهد رسید.
امام وقوع این اتفاق تا چه میزان متحمل است؟ برای پاسخ به این سؤال، "مایک لاکوود" در دانشگاه ریدینگ انگلستان، به جست و جو در داده های ثبت شده پرداخته است تا بتواند مورد مشابهی از نزول فعالیت خورشیدی را در تاریخ بیاید، موردی که خود را در قالب افزایش حضور ایزوتوپ های خاصی در هسته های یخی و همچنین حلقه های درختان نمایان می سازد. وی موفق به یافتن 24 مورد مشابه در چند هزار سال گذشته شد که تنها در دو مورد آنها، لکه های خورشیدی برای چند دهه ناپدید شده اند. لذا لاکوود احتمال وقوع این پدیده را در حد 8 درصدمی داند.
تنها در یکی از موارد، تعداد لکه ها به حد نصاب گذشته بازگشته و در اغلب موارد، خورشید به تولید لکه ها در سطح بسیار نازلی ادامه داده است. به نظر می رسد جنجال لکه های خورشیدی که از قرن پیش آغاز شد، در حال پایان یافتن است.

ستار ه ای در حال انقباض

علی رغم این تغییرات، تابیدگی خورشیدی کل به همان سطحی نزول کرده که در سه کمینه پیشین رسیده بود. اما در دوره های اخیر روند طی شده تفاوت هایی با دوره هایی قبل دارد. اگرچه این افت بیشتر، بسیار اندک است، اما نفس وقوع چنین پدیده ای بی سابقه است. "کراوس فرالیک" از مرکز جهانی تابش در داووس سوئیس که در عین حال سمت پژهشگر ارشد را در بخش VIRGO فضا پیماهای سوهو بر عهده دارد، می گوید:"این نخستین باری است که ما به انجام یک اندازه گیری بلند مدت بر روی تابیدگی خورشیدی کل پرداخته ایم."
اگر برونداد انرژی خورشید دچار نوسان شود، دمای این ستاره نیز دستخوش تغییر خواهد شد. در حالی که از شراره های خورشیدی باعث گرم شدن گاز های سطحی ستاره می شوند، تغییرات درون هسته ای خورشید اثرات به مراتب اساسی تری را خواهد داشت. اگرچه بر اساس محاسبات موجود، تغییراتی که درون هسته خورشید صورت می پذیرند تا صدها هزار سال بعد نمی توانند خود را به سطح این ستاره برسانند. به هر حال، هر فرایندی که در این بخش روی بدهد، یک نتیجه خواهد داشت که آن هم رابطه مستقیم بین گرمای سطح خورشید و انرژی گسیلی از این ستاره است. نتیجه هر نوع نزول در برونداد انرژی خورشیدی، همانا قوت گرفتن احتمال تحلیل رفتن خورشید است.
رصد های انجام شده نشان می دهد که این افت و خیزها در عین حال که قابل توجه هستند، نشانه ای از فاجعه در خود ندارند و نباید از این نتایج نگرانی خاصی داشت. در قرن هفدهم میلادی، ستاره شناس فرانسوی "ژان پیکارد" با انجام رصدها و مطالعات فراوان موفق به اندازه گیری قطر خورشید شد. رصدهای انجام شده توسط این دانشمند در دوره کمینه ماندر صورت پذیرفته است و نتیجه ای که وی به دست آورده، از بسیاری اندازه گیری های نوین عظیم تر است. آیا این یافته تنها در اثر خطای اندازه گیری توسط پیکارد حاصل شده یا این که واقعا خورشید از آن دوران کوچک شدن خود را آغاز کرده است؟ "جرارد تولیر" از دانشگاه پی یر و ماری کوری پاریس، چنین اظهار نظر می کند:"تا کنون بحث و جدل های فراوانی پیرامون این موضوع انجام شده که البته هنوز به نتیجه ای که موجبات حل مسئله را فراهم کند، منجر نشده است."
به دلیل پدیده شکست ناشی از عبور نور از جو زمین، رصدهای انجام شده از روی سیاره آن قدر دقیق نیست که بتواند مسئله مورد نظر ما را حل کند. لذا سازمان فضایی فرانسه دست به طراحی ماموریتی زده است که نام پیکارد را بر خود داشته و هدف آن، انجام یک اندازه گیری بسیار دقیق از قطر خورشید و بررسی تغییرات احتمالی است.
متأسفانه به دلیل اختلافات سیاسی میان روسیه و قزاقستان، پرتاب این کاوشگر که توسط یک راکت روسی حمل می شود در هاله ای از ابهام قرار گرفته است. تا زمانی که این منازعات فروکش کند، این ماموریت به تعویق خواهد افتاد. از آنجا که خورشید در انتظار حل و فصل دعواهای زمینی نمی ماند، هر روز زمین گیر شدن این موشک به بهای از دست رفتن اطلاعاتی بسیار گران بها خواهد بود. تولیر نیز معتقد است که باید هرچه سریعتر این ماموریت آغاز شود.
امکان پیش بینی گام بعدی خورشید در مسیر فعالیت هایش از توان ما بیرون است. اغلب ستاره شناسان بر این عقیده اند که چرخه خورشیدی به حرکت خود ادامه خواهد داد، اما با سطح بسیار کمتری؛ که آخرین مورد ثبت شده مشابه با آن به قرن نوزدهم میلادی باز می گردد. به هر حال شواهدی وجود دارد مبنی بر این که خورشید در حال از دست دادن توانایی خویش برای ایجاد لکه هاست (باکس "پیش بینی لکه ها" را در صفحه 46 ببینید). ممکن است تا سال 2015 تمامی این لکه ها از میان بروند و ما را به درون یک کمینه ماندر جدید رها کنند، و شاید این پدیده سرآغاز یخبندان کوچکی نیز باشد.
البته باید درنظر داشت که فعالیت خورشیدی در کنار مواردی مانند فوران آتشفشان ها، یکی از عوامل دخیل درتغییرات آب وهوایی است. با این حال، درک میزان دقیق تغییرپذیری فعالیت خورشیدی و بررسی نحو اثرگذاری آن بر الگوهای منطقه ای آب و هوای زمین، ازاهمیت بسیار زیادی برخوردار است. در چنین وضعیتی، می بایست داشنمندان هواشناسی در بخش های گوناگون کارخود تصحیحاتی را اعمال کنند و باید در بازسازی و بررسی تاریخچه آب وهوایی سده های پیشین نیز اعمال شود. تنها به این طریق است که می توان به اجماعی خلل ناپذیر پیرامون سطح حقیقی تأثیر گذاری خورشید بر سیاره زمین و آب و هوای آن دست پیدا کرد.

پی نوشت ها :

حد فاصل سال های 1645 و 1715 گفته می شود. در این دوره تقریباً هیچ لکه ای بر سطح خورشید مشاهده نشد.

منبع: دانشمند شماره 569