پژوهشگران در بررسی یکی از طوفان‌های خورشیدی به پدیده‌ای غیرمنتظره برخوردند که می‌تواند درک ما از پیش‌بینی آب‌وهوای فضایی را تغییر دهد. داده‌های دو فضاپیما نشان دادند یک ابر مغناطیسی خورشید در فاصله‌ای کوتاه، بسیار سریع‌تر از آنچه مدل‌های علمی پیش‌بینی می‌کنند منبسط شده است. این کشف نشان می‌دهد همه طوفان‌های خورشیدی رفتار یکسانی ندارند و برخی از آن‌ها می‌توانند در مدت‌زمانی کوتاه تغییرات بزرگی را تجربه کنند.
هم‌راستایی نادری که این کشف را ممکن کرد
ماجرا از یک فوران جرم تاج خورشیدی (CME) در نوامبر ۲۰۲۱ آغاز شد؛ انفجاری عظیم که حجم زیادی از پلاسما و میدان‌های مغناطیسی را از سطح خورشید به فضا پرتاب کرد. خوش‌شانسی بزرگ پژوهشگران این بود که دو فضاپیما «Solar Orbiter» و «Wind» متعلق به ناسا، تقریباً روی یک خط مستقیم میان خورشید و زمین قرار داشتند و هر دو توانستند همین ابر را مشاهده کنند.
Shirsh Lata Soni، پژوهشگر فوق‌دکتری دانشگاه آیووا که هدایت این تیم را بر عهده داشت، این هم‌راستایی را فرصتی بسیار ارزشمند توصیف کرد. به گفته پژوهشگران، هم‌راستا شدن دو فضاپیما در امتداد مسیر خورشید تا زمین هنگام وقوع یک طوفان خورشیدی بسیار نادر است و تاکنون هیچ‌کس نتوانسته بود یک ابر مغناطیسی را با چنین دقتی در دو نقطه مختلف مسیر آن دنبال کند.
انبساط فوق‌العاده؛ افزایش ۲۱ درصدی در فاصله‌ای کوتاه
فاصله میان دو فضاپیما حدود ۱۳ میلیون مایل بود؛ فاصله‌ای که در مقیاس فضایی بسیار ناچیز محسوب میشود. دانشمندان انتظار داشتند ابر مغناطیسی در هر دو نقطه تقریباً یکسان دیده شود، اما داده‌ها نتیجه‌ای کاملاً متفاوت نشان دادند. زمانی که این ابر به فضاپیمای دوم رسید، پهنای آن حدود یک‌پنجم افزایش یافته بود؛ به بیان دیگر، این ابر تنها در همین فاصله کوتاه حدود ۲۱ درصد بزرگ‌تر شده بود. پژوهشگران این رفتار را «انبساط فوق‌العاده» نامیدند؛ اصطلاحی برای توصیف ابری که بسیار سریع‌تر از آنچه مدل‌های استاندارد پیش‌بینی می‌کنند منبسط میشود.
گرم شدن غیرمنتظره؛ برخلاف قوانین فیزیک
شگفتی دوم این رویداد حتی از افزایش اندازه آن هم غیرمنتظره‌تر بود. هم‌زمان با انبساط ابر، دمای گاز درون آن تقریباً سه برابر افزایش یافت؛ رفتاری کاملاً بر خلاف پیش‌بینی‌های فیزیک. در حالت معمول، گازی که در فضا منبسط میشود باید سردتر شود، زیرا با افزایش حجم، چگالی و انرژی در واحد حجم کاهش پیدا می‌کند. اما در این مورد خاص، نتیجه دقیقاً برعکس بود و گاز داخل ابر نه‌تنها سرد نشد، بلکه داغ‌تر شد.
پژوهشگران دو احتمال را برای این گرمایش مطرح می‌کنند: یا انرژی از درون خود ابر آزاد شده، یا تعامل آن با جریان‌های متلاطم باد خورشیدی باعث این گرمایش شده است. با این حال، منبع دقیق این انرژی همچنان نامشخص باقی مانده است.
سرعت انبساط و ضعیف شدن میدان مغناطیسی
سرعت انبساط نیز تصویر مشابهی از یک پدیده غیرمعمول ارائه داد. لبه‌های این ابر با سرعتی حدود ۱۱۹ مایل در ثانیه در حال گسترش بودند؛ عددی بسیار بالاتر از میانگین معمول که بین ۳۰ تا ۶۰ مایل در ثانیه است. با این حال، این انبساط شتاب نگرفت و داده‌ها نشان دادند سرعت رشد ابر بین دو فضاپیما اندکی کاهش یافته است.
با گسترش این ابر، میدان مغناطیسی آن ضعیف‌تر شد؛ زمانی که ابر به فضاپیمای دوم رسید، قدرت میدان مغناطیسی آن بیش از ۴۰ درصد کاهش یافته بود. اما بخش پیچیده‌تر ماجرا مربوط به فشار داخلی ابر است. مدل‌های استاندارد پیش‌بینی می‌کنند که با انبساط ابر، فشار باید به‌طور پیوسته کاهش یابد، اما داده‌های این رویداد نشان دادند که چنین روندی همیشه صادق نیست.
اهمیت این کشف برای پیش‌بینی آب‌وهوای فضایی
درک رفتار ابرهای مغناطیسی خورشیدی نقش مهمی در پیش‌بینی «آب‌وهوای فضایی» دارد. هرچه این پیش‌بینی‌ها دقیق‌تر باشند، زمان هشدار برای شرکت‌های برق و اپراتورهای ماهواره‌ها بیشتر خواهد بود. طوفان‌های خورشیدی شدید می‌توانند سیگنال‌های GPS را مختل کنند و حتی عملکرد ماهواره‌ها را از کار بیندازند. در شدیدترین حالت، این طوفان‌ها قادرند به ترانسفورماتورهای شبکه برق آسیب وارد کنند.
این مطالعه که در مجله Monthly Notices of the Royal Astronomical Society منتشر شده، نشان می‌دهد که مدل‌های فعلی ما درباره رفتار ابرهای خورشیدی هنوز کامل نیستند. Shirsh Lata Soni در این‌باره گفت: «در این مطالعه نشان دادیم که ابر مغناطیسی می‌تواند در مدت‌زمان و فاصله‌ای کوتاه به‌طور چشمگیری منبسط شود؛ موضوعی که می‌تواند اثراتی روی زمین داشته باشد که پیش‌تر از آن آگاه نبودیم.» این رویداد یادآوری مهمی از وجود رفتارهای غیرمنتظره در پدیده‌های به ظاهر شناخته‌شده است و اهمیت بازنگری در مدل‌های فعلی را برجسته می‌کند.
