پژوهشگران، اختلالات اخیر پرتوهای خورشیدی را در یونوسفر زمین ردیابی می‌کنند
توسط جسی جنکینز، مؤسسه فناوری نیوجرسی
ویرایش: اندرو زینین
در حالی که این ماه زنجیره‌ای از پرتوهای خورشیدی قدرتمند کلاس X، شفق‌های درخشانی را به وجود آورد که آسمان‌ها را در بخش بسیار وسیعی از جهان—از شمال اروپا تا فلوریدا—روشن کرد، پژوهشگران مرکز تحقیقات خورشید-زمینی (CSTR) مؤسسه فناوری نیوجرسی توانستند یک رکورد کمتر قابل مشاهده اما حیاتی از اثر این طوفان بر جو بالایی زمین به دست آورند.
اندازه‌گیری‌های اخیر ثبت‌شده توسط شبکهٔ جدید رادیوتلسکوپ‌های مؤسسه فناوری نیوجرسی نشان می‌دهد که چگونه یک دنباله نادر از پرتوهای خورشیدی شدید در بازهٔ 9 تا 14 نوامبر، از جمله رویداد X5.1 که تا کنون قوی‌ترین پرتو خورشیدی سال 2025 را نشان می‌دهد، یونوسفر را که لایهٔ جوی پرپلاسما و برای سیگنال‌های رادیویی، دقت GPS و مدارهای ماهواره‌ای ضروری است، به لرزه درآورد.
پرتوها باعث قطع‌سختی‌های رادیویی دستهٔ R3 (قوی) در سراسر آفریقا و اروپا شدند، در حالی که چندین ریزش جرم تاجی (CMEs) طوفان ژئومغناطیسی بزرگی و شفقی در عرض‌های جغرافیایی به‌طور غیرمعمول پایین ایجاد کردند.
این خوشهٔ رویدادهای انفجاری از یک ناحیهٔ فعال واحد روی خورشید، AR4274، ناشی شد.
«کمی غیرمعمول است که در عرض چند روز تنها از یک ناحیه، چهار پرتو خورشیدی کلاس X را مشاهده کنیم»، گفت بین چن، پروفسور فیزیک NJIT-CSTR و مدیر آرایهٔ خورشیدی گستردهٔ دره اوونز (EOVSA). «یک پرتو X1.7 در 9 نوامبر، یک X1.2 در 10 نوامبر، یک X5.1 در 11 نوامبر و یک X4.0 در 14 نوامبر — این یک بازهٔ بسیار پربار بود. نکتهٔ برجستهٔ واقعی، اثرات جانبی این پرتوها بر زمین بود.»
اگرچه پرتوها در طول شب در ایالت کالیفرنیا رخ دادند—از دید رصدخانه خورشیدی بیگ‌بیر مؤسسه فناوری نیوجرسی خارج بودند—، رادیوتلسکوپ‌های مرکز در محل دره اوونز در رشته‌کوه‌های سیرا شرقی، پیامدهای پرتوها و اختلالات ناشی از آنها را به‌صورت زمان واقعی ضبط کردند.
ردیابی اثرات جوی پرتوهای خورشیدی
آرایهٔ خورشیدی گسترش‌یافتهٔ دره اوونز (EOVSA) و آرایهٔ طول موج‌های بلند تازه‌کار در رصدخانهٔ رادیویی دره اوونز (OVRO-LWA) تغییرات جوی چشمگیری را در بازهٔ وسیعی از فرکانس‌های رادیویی ردیابی کردند — از میکروویوهایی که توسط EOVSA مشاهده می‌شوند (مشابه آن‌هایی که در ارتباطات ماهواره‌ای و Wi‑Fi به کار می‌روند) تا امواج متر و دکامتر که توسط OVRO-LWA ضبط می‌شوند (مشابه فرکانس‌های رادیو FM).
«به‌طور معمول، داده‌های رادیویی OVRO-LWA اغلب پخش‌های منظم و تقریباً عمودی به نام پخش‌های رادیویی نوع III را نشان می‌دهند»، گفت چن. «پس از این پرتوها، این پخش‌ها در فرکانس‌های پایین منحنی و آشوبناک می‌شوند — نشانه‌ای واضح بر این که یونوسفر مختل شده بود.»
برای دانشمندان یونوسفر، این رویداد تقریباً به اندازهٔ شفق چشمگیر بود.
«این طوفان یادآوری عالی بود که زمین بخشی از یک سامانهٔ کیهانی بسیار بزرگ‌تر است»، گفت لیندسی گودوین، استادیار فیزیک و کارشناس یونوسفر در NJIT-CSTR. «همهٔ فعالیت‌های خورشیدی شدید منجر به طوفان ژئومغناطیسی نمی‌شوند—گاهی مواد خورشیدی از زمین عبور می‌کنند. اما در این مورد، به زمین برخورد کرد.»
نتیجه طوفان ژئومغناطیسی G4 در مقیاس پنج‌نقطه‌ای NOAA بود.
«شاخص Dst، که میزان فشردگی میدان مغناطیسی زمین توسط باد خورشیدی را می‌سنجد، در عرض چند ساعت از حدود –40 نانوتسلا به نزدیک –250 نانوتسلا سقوط کرد»، گفت گودوین. «این یک تکان شدید برای دفاع‌های مغناطیسی سیارهٔ ما است.»
تأثیر بر فناوری و پیشرفت‌های تحقیقاتی
بارش ذرات باردار به جو، شفق‌ها را تولید کرد و این رویداد به‌قدری شدید بود که شفق‌ها را به‌مرزهای بسیار پایین‌تری از معمول رساند؛ گزارش‌ها حاکی از مشاهده شفق در نقاط جنوبی تا فلوریدا هستند.
«گروه گفتگوی شفق من با تصاویری از مکان‌هایی که تقریباً هرگز شفق شمالی نمی‌بینند، پر از شلوغی شد»، گفت گودوین.
این رخداد همچنین توانمندی رو به رشد رصدخانه‌های رادیویی مؤسسه فناوری نیوجرسی را نشان داد. OVRO-LWA به‌تازگی وارد عملیات کامل علمی خورشیدی شد و پنجره‌ای جدید به «قوس میانی خورشید» گشود — ناحیه‌ای حدود ۱.۵ تا ۱۰ شعاع خورشیدی که در آن میدان‌های مغناطیسی بازسازی می‌شوند و ریزش‌های جرم تاجی (CMEs) سرعت می‌گیرند.
OVRO-LWA و EOVSA اکنون به‌عنوان یک تسهیل‌گاه رادیویی یکپارچهٔ جامعه‌ای که به پژوهش‌های خورشیدی و آب و هوای فضایی اختصاص دارد، عمل می‌کنند و به‌عنوان آرایه‌های خورشیدی دره اوونز (OVSA) شناخته می‌شوند.
«این مجموعه داده به‌تنهایی جدید است»، گفت چن. «OVRO-LWA به‌طور کامل EOVSA را تکمیل می‌کند. با هم، به ما امکان می‌دهند تا اثرات آب و هوای فضایی را از منشا آن در تاج خورشید تا تأثیر آن بر جو بالایی زمین دنبال کنیم.»
تیم گودوین، با کمک دانشجوی دورهٔ کارشناسی مؤسسه فناوری نیوجرسی جری میکلنچ، اخیراً بُعد دیگری به تحلیل اضافه کرده‌اند.
در طول تابستان، تیم آنها یک گیرندهٔ GPS با دقت بالا را در کنار OVRO-LWA مستقر کردند — با نام مستعار FLUMPH (واحد باند L میدانی برای پایش ناپایداری فاز)، که از موجودی محبوب بازی Dungeons & Dragons الهام گرفته است.
این دستگاه اختلالات واقعی سیگنال‌های ناوبری ماهواره‌ای را در طول طوفان‌های خورشیدی ضبط می‌کند.
«نقش‌های پلاسمایی ناشی از فعالیت خورشیدی و ژئومغناطیسی ارتباطات رادیویی و GPS را مختل می‌کنند»، گفت گودوین. «ترکیب اندازه‌گیری‌های GPS با داده‌های LWA به ما امکان می‌دهد تا هر دو جنبهٔ این ماجرا را ببینیم — اینکه خورشید چگونه یونوسفر را تحت‌تأثیر قرار می‌دهد و این چطور بر فناوری‌های روزمرهٔ ما اثر می‌گذارد.»
نگاهی به طوفان‌های خورشیدی آینده
در حال حاضر، چن و گودوین می‌گویند که جامعهٔ پژوهش‌های آب و هوای فضایی هنوز در حال بررسی کامل تأثیرات این طوفان هستند. با توجه به اینکه خورشید در نزدیکی اوج چرخهٔ ۱۱ سالهٔ فعالیت خود قرار دارد، گودوین می‌گوید طوفان‌های مشابه در کوتاه‌مدت ممکن است رخ دهند.
«دانشمندان هنوز درک کامل اثرات این طوفان را آغاز کرده‌اند»، گفت گودوین. «به‌طور تاریخی، رویدادهای خورشیدی و ژئومغناطیسی شدید می‌توانند شبکه‌های برق را مختل کنند، ارتباطات رادیویی را دچار اختلال کنند و امنیت و عملکرد ماهواره‌ها و فضاپیماها را به خطر اندازند. ما اخیراً چندین طوفان بزرگ را مشاهده کرده‌ایم، زیرا خورشید هنوز نزدیک به اوج چرخهٔ ۱۱ سالهٔ خود است.»
«چنین رویدادهایی با آرام شدن خورشید کمتر رخ خواهند داد، اما تقریباً هر ۱۱ سال یک بار باز می‌گردند — و زمانی که این اتفاق می‌افتد، درک آنها اهمیت بیشتری خواهد داشت، چرا که ما بیش از پیش به فناوری فضایی وابسته‌ایم و به سمت فضاهای دورتر پیش می‌رویم.»
ارائه‌شده توسط مؤسسه فناوری نیوجرسی