Skip to content

لرزه های خورشید

پارس دانش:در دهه ۱۳۵۰/۱۹۷۰ ، روشی به وجود آمد که امید آشکار شدن قسمت های زیر سطح خورشید را به وجود آورد . لرزه شناسی خورشیدی روشی است که مبنای آن مشابه استخراج اطلاعات برای کاوش زمین بر مبنای امواج زلزله است . لرزه شناسی خورشیدی به زودی برای آشکارسازی ساختار درونی خورشید ، وسیله ی مناسبی خواهد بود زیرا گمان می رود که در خورشید بر اثر فعالیت منطقه ی همرفتی ، ارتعاشاتی صورت می گیرد و این ارتعاشات سبب می شوند که کل خورشید به ارتعاش درآید ، درست مانند یک ناقوس در هنگامی که کوبه ی آن زده می شود .

میلیون ها موج صوتی در نور تابش شده از سطح خورشید انتقال های دوپلری جزئی ایجاد می کنند و به این شکل شناسایی می شوند . وقتی گاز بالا می آید ، نور اندکی به سمت آبی طیف و هنگامی که گاز دوباره به پایین برمی گردد ، اندکی به سمت قرمز انتقال می یابد . امواج لرزه های خورشیدی سبب تغییر روند عادی حرکت و سرعت گاز درون خورشید می شود .

این تغییرات جزیی در همرفت گاز به صورت جابه جایی دوپلری خطوط طیفی دیده می شود . در نتیجه اخترشناسان با بررسی دقیق و درازمدت طیف نواحی مختلف قرص خورشید ، امواج لرزه را ردیابی می کنند .

امواج صوتی برای فیزیکدانان خورشیدی مثل یک وسیله ی دقیق اندازه گیری دما ، ترکیبات شیمیایی و حرکت های موجود تا هسته ی خورشید عمل می کند .

سطح مرئی خورشید یا نور سپهر در بالای منطقه ی متلاطم همرفت قرار دارد . این ناحیه تا عمق حدود ۲۰۰,۰۰۰ کیلومتری ( تقریباً نصف فاصله ی زمین تا ماه ) ادامه دارد و %۲۸ شعاع خورشید را شامل می شود .

در منطقه ی همرفت ، انرژی با حرکات مختلف پلاسما منتقل می شود ؛ گاز داغتر به سمت سطح بالا می آید و گاز سردتر به سمت مرکز, پایین می رود .

در تصاویر تهیه شده با فاصله ی زمانی ، سطح خورشید مثل مایعی جوشان به نظر می رسد . سلول های همرفتی که به آنها دانه می گویند; با ابعادی تقریباً به اندازه ی کشور ایران به سمت نور سپهر بالا می آیند و اخترشناسان می توانند آنها را مشاهده کنند . دانه ها با سرعت هایی در حدود ۱۶۰۰ کیلومتر بر ساعت به سمت بالا حرکت می کنند و ظرف چند دقیقه ناپدید می شوند . دانه ها که به هنگام پدیدار شدن ، داغ و درخشانند ، با از دست دادن انرژی به سرعت سرد و تیره می شوند . گازهای دانه پس از سرد شدن ، دوباره به درون خورشید می روند تا باز گرم شوند .

زیر منطقه ی همرفت ، تلاطم خورشیدی در ناحیه ای چگال تر آرام می شود . در این مرحله ، دیگر بالا و پایین رفتن گاز ، شیوه ی کارآمدی برای انتقال انرژی نیست . در عوض ، گازها ، پرتوهای گامای پر انرژی را که از هسته ی خورشید می آیند ، جذب می کنند و با انرژی کمتر در جهات مختلف می پراکنند .

هر یک از فوتون های تازه گسیل شده ، ممکن است بارها جذب و بازتابش شوند . بنابراین امکان دارد یک فوتون صدها هزار سال در منطقه ی تابش رفت و برگشت کند تا سرانجام راه خروجی بیابد .

در نهایت ، همه ی انرژی خورشید از واکنش های گرما هسته ای در هسته ی آن سرچشمه می گیرد . هسته %۳۵ شعاع خورشید را در درونی ترین قسمت آن شامل می شود . در مرکز ، چگالی حدود ۸ برابر طلاست و در این ناحیه ، دمای خورشید به حداکثر مقدار خود ، یعنی حدود ۵/۱۵ میلیون درجه ی کلوین می رسد .

در این محیط هسته های هیدروژن چنان سریع حرکت می کنند که طی برخورد به هم می پیوندند و به هلیوم تبدیل می شوند و سیلی از پرتوهای گامای پرانرژی آزاد می شود . به این ترتیب خورشید به مدت ۶/۴ میلیارد سال ماده ی خود را به انرژی تبدیل کرده است و مدت زمان برابری نیز به این کار در آینده ادامه خواهد داد .

 ارتعاش

ارتعاشات خورشید مانند زنگی است که دائم در حال نواخته شدن است. خورشید بیشتر از ۱۰ میلیون درجه صوت مختلف را در آن واحد ایجاد می کند. ارتعاشات گازهای خورشیدی از نظر مکانیکی شبیه به ارتعاشات هوا، که آنها را با نام امواج صوتی می شناسیم، می باشند. از این رو ستاره شناسان امواج خورشیدی را به رغم اینکه نمی شنویم، مانند امواج صوتی می دانند. سریعترین ارتعاش خورشیدی حدود ۲ دقیقه به طول می انجامد. مدت زمان یک ارتعاش مقدار زمان لازم برای کامل شدن یک حلقه یا سیکل از ارتعاش است. آرام ترین ارتعاشی که گوش انسان قادر به تشخیص آن می باشد مدت زمانی معادل ۲۰/۱ ثانیه دارد.

بیشتر امواج صوتی خورشید از “سلولهای حرارتی” موجود در توده های متراکم گاز در اعماق خورشید سرچشمه می گیرند. (*هوا دارای خاصیت ارتجاعی می‌باشد هنگامی که یک لایه از مولکولهای هوا به جلو رانده می‌شود، این لایه به نوبه خود لایه دیگری را به جلو می‌راند و خود به حال اول بر می‌گردد. لایه جدیدی نیز لایه دیگری را به جلو می‌راند و به همین ترتیب این عمل بارها و بارها تکرار می‌گردد تا زمانی که انرژی به پایان برسد. این جابجایی مولکولها اگر بیش از ۱۶ مرتبه در ثانیه تکرار ‌گردد صدا بوجود می‌آید. هر رفت و برگشت لایه هوا یک سیکل نام دارد و تعداد سیکل در ثانیه تواتر یا بسامد یا فرکانس نامیده می‌شود).این سلولها انرژی را تا سطح خورشید بالا می آورند. بالا آمدن این سلولها مانند بالا آمدن بخار از آب در حال جوشیدن است. واژه سلولهای حرارتی به همین دلیل به آنها اطلاق می گردد. هنگامیکه سلولها بالا می آیند، سرد می شوند. آنگاه به درون خورشید جائیکه بالا آمدن از آنجا آغاز می شود باز می گردند. در هنگام سقوط و پائین رفتن سلولهای حرارتی ارتعاش شدیدی به وجود می آید. این ارتعاش باعث می شود که امواج صوتی از درون سلولها خارج شوند.

از آنجائیکه اتمسفر خورشید غلظت کمی دارد، امواج صوتی نمی توانند در آن به حرکت و جریان درآیند. در نتیجه، وقتی که یک موج به سطح می رسد مجددا به درون خورشید بر میگردد. بنابراین قسمت کوچکی از سطح خورشید حرکت تند و سریعی به بالا و پائین پیدا می کند. وقتی یک موج به درون خورشید سفر می کند، به سمت بالا ی سطح آن خم می شود. مقدار انحنای موج بستگی به چگالی گازی که موج درون آن حرکت میکند و مواردی دیگر دارد. در نهایت، موج به سطح می رسد و دوباره به درون بر می گردد. این رفت و آمدها تا آنجا که موج انرژی خود را در گازهای پیرامون از دست بدهد، ادامه خواهد داشت.

امواجی که به عمیق ترین فاصله از سطح خورشید فرو می روند طولانی ترین مدت را دارند. برخی از این امواج تا هسته خورشید فرو می روند و مدتی معادل چندین ساعت دارند.

 چرخش و دوره های آن

لرزه شناسی خورشیدی نه فقط ساختار داخلی خورشید ، بلکه چگونگی حرکت گازها در زیر سطح خورشید را مشخص می کند . در هر دو نیمکره ی شمالی و جنوبی خورشید ، جریان های پلاسما به سمت شرق و غرب در حرکتند ؛ درست مانند بادهای کلی کره ی زمین .

با توجه به داده های فضاپیمای سوهو (SOHO) ، به نظر می رسد تندبادهای موجود در عرض های بالا دور قطب های شمال و جنوب خورشید حلقه زده اند .

جریانی آهسته به نام جریان نصف النهاری (Meridional flow) پلاسما را از استوا تا قطب ها به سمت شمال و جنوب می برد . این جریان سرعت متوسطی معادل ۷۰ کیلومتر بر ساعت دارد که حدود ۱۰۰ برابر کندتر از چرخش سطحی است . با این سرعت ,کمی بیش از یک سال طول می کشد تا بتوان از استوا به قطب ها رسید . اندازه گیری ها نشان می دهند که این جریان تمام سطح خورشید را تا عمق ۲۴۰۰۰ کیلومتری دربر می گیرد .

در قرن نوزدهم ، با بررسی دقیق لکه های خورشیدی در عرض های مختلف خورشید ، ثابت شد که سطح خورشید همانند جسمی صلب حرکت نمی کند . بررسی های زمینی و مشاهدات سوهو نشان می دهند که این چرخش دیفرانسیلی (اختراقی) در انتهای منطقه ی همرفت متوقف می شود. خورشید در سرتاسر منطقه ی تابش و احتمالاً در هسته اش در هر ۲۷ روز یک بار مثل جسمی صلب می چرخد .

این برش یا تغییر ناگهانی در نوع چرخش در لایه ای نازک میان منطقه های تابش و همرفت اتفاق می افتد . فیزیکدانان خورشیدی این منطقه ی گذار را تکوکلاین (tachocline) می نامند . اگرچه تکوکلاین بسیار نازک است و فقط %۲ شعاع خورشید را دربر می گیرد ، تصور می شود که این ناحیه محل تولید میدان مغناطیسی خورشید باشد .

 

 حرکت لکه ها و برعکس شدن قطب ها

تا دهه ۱۳۷۰/۱۹۹۰ مدل های مولد مغناطیسی خورشید از دو سازوکار اساسی استفاده می کردند که یکی از آنها با استفاده از چرخش دیفرانسیلی (چرخش عرض های مختلف خورشید با سرعت های متفاوت ) در منطقه ی همرفت نشان می داد که میدان مغناطیسی جدید و به ویژه قطبی خورشید کش می آید ، قوی می شود و به ویژه به دور خورشید می پیچد و دیگری نیز با تکیه بر چرخش دیفرانسیلی ، لوله هایی از شار مغناطیسی را نشان می داد که به بالا می آیند ، پیچ می خورند و قوی می شوند تا هم لکه های خورشیدی را شکل دهند و هم میدان سرتاسری خورشید را ، که در زمان اوج هر چرخه پدیدار می شود ، دوباره تکرار کنند .

با پیشرفت لرزه شناسی خورشیدی و درک بهتر اخترشناسان از آنچه زیر سطح خورشید می گذرد ، این طور به نظر می رسید که چیزی کم است .

به گفته ی “دیکپاتی” ، آن چیز بخشی از جریان نصف النهاری است : “جریان باید یک حلقه ی بسته را تشکیل دهد ، زیرا هیچ تجمع ماده ای در قطب ها مشاهده نمی شود ، بنابراین باید جریان برگشتی در کف منطقه ی همرفت وجود داشته باشد .”

به تصور دیکپاتی جریان نصف النهاری –حرکت گاز از استوای خورشید به قطب ها- تا عمق منطقه ی همرفت پایین می رود و سپس به سمت استوا جریان می یابد و در آنجا تا سطح بالا می آید .

چون پلاسما در عمق منطقه ی همرفت یک میلیون برابر متراکم تر از روی سطح است ، جریان بسیار آهسته و با سرعتی کمتر از ۸ کیلومتر بر ساعت به سمت استوا حرکت می کند . با این سرعت حدود ۲۰ سال طول می کشد تا جریان نصف النهاری ، ماده را از قطب ها به استوا برساند . گروه های لکه های خورشیدی در ابتدا در عرض های میانی هر دو نیمکره شکل می گیرند و طی هر چرخه به سمت استوا سوق می یابند . به عقیده ی دیکپاتی جریان برگشتی موجب حرکت این لکه ها به سمت استوا می شود .

میدان های مغناطیسی در عمق منطقه ی همرفت قوی می شوند تا آنکه شناور شوند و به سمت سطح حرکت کنند و در آنجا لکه های خورشیدی را به وجود آورند .

موج رلزله در خورشید

اما میدان ها کماکان ریشه در عمق منطقه ی همرفت دارند و در آنجا شدت می یابند . بنابراین در حالی که جریان برگشتی به آرامی به سمت استوا می رود ، گروه های لکه ها آنها را دنبال می کنند .

لکه ها فقط طی چند چرخش کامل خورشیدی دست نخورده می مانند . اما با ضعیف شدن میدان های قوی لکه ها ارتباط آنها با منبعشان ، که در عمق واقع است ، قطع می شود و از جریان نصف النهاری روی سطح بیشتر تأثیر می پذیرند . این پس مانده های مغناطیسی ضعیف در ابتدای چرخه ، قطبیتی خلاف میدان مغناطیسی خورشید دارند . جریان نصف النهاری این میدان ها را در خلاف جهت لکه ها به سمت قطب ها می برد . وقتی میدان های پس مانده به قطب ها رسیدند ، جریان انتقال دهنده آنها را به قعر منطقه ی همرفت می برد . جایی که برش در جریان گاز به سبب تغییر ناگهانی روند چرخش در لایه ی تکوکلاین آنها را می کشد و قوی می کند . با افزایش فعالیت خورشیدی این میدان ها جمع می شوند و شدت می یابند تا سرانجام آن قدر قوی می شوند که قطب های مغناطیسی را وادار به معکوس شدن می کنند .

دیکپاتی از این مدل استفاده کرد تا دلیل معکوس شدن غیر عادی قطب ها را در چرخه ی شماره ی ۲۳ بیابد . گروه او دریافت که در این چرخه میدان های قطبی خورشید قوی تر و پس مانده ی میدان های مربوط به لکه های خورشیدیِ از هم پاشیده ، ضعیف تر از چرخه های گذشته بودند .

علاوه بر این ، رصدها حاکی از آن است که جریان های نصف النهاری کند بوده و چون فرآیند معکوس شدن قطب ها نیازی به قطبیتی بیش از حدّ معمول داشته ، تا قطبیت موجود حذف شود ، سازوکار رساننده ی شار به قطب ها از عهده ی این کار برنیامده است .

لرزه های خورشیدی از عوامل موثر در ایجاد شراره های خورشیدی

دانشمندان همچنین جریانی گردباد مانند را در جریان نصف النهاری نیمکره ی شمالی شناسایی کرده اند که به کمک آن تکه هایی از میدان قوی شمالی به اعماق لایه ی همرفت کشیده شده است . بنابراین اگرچه میدان های پس مانده ضعیف بوده اند ، آنچه این میدان ها می بایست در شمال بر آن غلبه کنند کوچک تر بوده و این کار سریع تر از نیمکره ی جنوبی صورت گرفته است .

متأسفانه مدل دیکپاتی نیازاساسی به دانش جریان نصف النهاری دارد . او فقط داده های ثبت شده ی ماهواره ای مربوط به ۸ سال را در اختیار دارد ، در حالی که معتقد است برای این کار به داده هایی مربوط به دو برابر این مدت زمان نیاز است . او اکنون به اندازه گیری های زمینی لرزه شناختی خورشیدی در طی دو دهه ی گذشته در مونت ویلسون روی آورده تا خلأ موجود در داده ها را پر کند .

“استیو توبیاس” ، اخترفیزیکدان دانشگاه لیدز در انگلستان ، درباره ی اهمیت جریان نصف النهاری تردید دارد و معتقد است نقشی که جریان نصف النهاری ممکن است ایفا کند ، باید هرچه بیشتر به عمق می رویم به سبب اختلاف چگالی زیاد ، ضعیف تر باشد و نمی توان مطمئن بود که جریان های مورد نیاز برای آنکه این مدل درست عمل کند ، واقعاً وجود دارند .

تعدادی از دانشمندان نیز بسیار طرفدار روش دیکپاتی اند . به عقیده ی آنها به اطلاعات بیشتری درباره ی سرعت جریان های عمق منطقه ی همرفت نیاز است . برای رسیدن به این اطلاعات ابزراهای جدیدی (مانند ماهواره ی استریو یا ماهواره ی خورشیدشناس ناسا (SDO) که برای پرتاب در خرداد۱۳۸۷ استفاده خواهد شد)در نظر گرفته شده است . این ماهواره ها ابزرای برای لرزه شناسی خورشیدی خواهد داشت که امکان دارد برای اندازه گیری سرعت جریان برگشتی به حدّ کافی حساس باشد .

در هر چرخه ی خورشیدی ، دانشمندان در تلاش اند پیش بینی کنند که خورشید بار دیگر چه می کند . به گفته ی دیکپاتی ، پیش بینی های انجام شده برای چرخه ی ۲۳ بسیار دور از واقعیت بودند زیرا دانشمندان تصور می کردند میدان قطبی چرخه ی قبلی تنها عامل تعیین کننده ی اوج بعدی است ، به عقیده ی دیکپاتی این مطلب نمی تواند درست باشد ، زیرا بین ۱۷ تا ۲۲ سال طول می کشد، میدان قطبی تا لایه ی برش ، که لکه های خورشیدی در آنجا تولید می شوند ، پایین بیاید .

هر زمان ممکن است بقایای مغناطیسی ۳ یا ۴ چرخه ی گذشته در “تسمه ی نقاله ی خورشید” قرار گیرند و آنگاه هر یک در نوبت می مانند تا با بازسازی آنها چرخه ی تازه ای آغاز شود . در واقع خورشید یک پیشینه ی مغناطیسی دارد و به گفته ی دیکپاتی زمانی می رسد که میدان های بازمانده برای پیش بینی شدت چرخه های آتی به کار خواهند رفت .

دیکپاتی برای اثبات مدل خود در نظر دارد ۱۱ چرخه ی اخیر را بازسازی کند و پس از آن آماده خواهد بود که یکی از مهمترین رازهای خورشید یعنی مینیمم ماندر ( دوره ی زمانی ۷۰ ساله ای که اواسط آن در سال ۱۶۷۰ میلادی بود و طی آن همه ی لکه های خورشیدی ناپدید شدند ) ، را بررسی کند .

این مینیمم سبب تغییر جزئی در انرژی خورشیدی دریافتی زمین شد و زمستان جهانی کوچکی در سیاره ی ما رخ داد . با شناخت علت این مینیمم ۷۰ ساله شاید بتوانیم چنین رویدادهای پر اثری بر زمین را در آینده پیش بینی کنیم یا از ماهیت و مدت آنها مطلع شویم .

اوایل ژانویه ی امسال بود که چرخه ی ۲۴ خورشیدی آغاز شد . برخی از خورشیدشناسان پیش بینی کرده اند که این چرخه نسبتاً فعال است و در مهر ۱۳۹۰/۲۰۱۱ با تعداد حدود ۱۴۰ لکه به اوج خود می رسد و علاوه بر لکه های زیاد ، زبانه های عظیم در لبه ی خورشید ، طوفان های خورشیدی و شفق های قطبی بسیاری را در مناطق قطبی زمین به همراه دارد .

پیام خود را بگذارید

پارس دانش ،درراه اعتلای دانش پارس

سوالات علمی ،درخواست تدریس ،نقد و نظر خود را بفرمایید.

وارد شوید