طوفان خورشیدی چه تأثیری بر زمین و منظومه شمسی دارد؟

احتمالاً پیش از این اصطلاح باد خورشیدی به گوشتان خورده است. ولی حتماً می‌دانید که در فضای خارج از زمین، هوایی وجود ندارد که بادی بخواهد بوزد! پس باد خورشیدی چیست؟ باد خورشیدی در واقع جریانی پیوسته از ذرات زیر اتمی باردار است که از طرف خورشید (در واقع کرونا) ساطع می‌شود. باد خورشیدی برای انسان‌ها هم مفید است و هم مضر.
یکی از بزرگ‌ترین مشکلاتی که ما انسان‌ها با باد خورشیدی داریم این است که ذرات باردار آن می‌تواند باعث اختلال در سیستم جی پی اس (مکان یاب) شود. ولی از طرف دیگر باید این را هم در نظر داشت که اگر بادهای خورشیدی نبودند، مناظر زیبای شفق قطبی هیچ گاه به وجود نمی‌آمدند. به‌علاوه اینکه بادهای خورشیدی ما را از تشعشعات و ذرات کیهانی محافظت می‌کنند.
جالب است بدانید زمین تنها سیاره‌ای نیست که تحت تأثیر جریان ذرات زیر اتمی قرار می‌گیرد. باد خورشیدی به‌طور قابل توجهی ظاهر ماه را هم تغییر می‌دهند. به‌علاوه اینکه باد خورشیدی باعث شده است که حباب کیهانی (cosmic bubble) تشکیل بشود. در مورد حباب کیهانی به‌طور خلاصه می‌توان گفت که این حباب تمام سیارات اطراف ما را در خود جای داده است. باد خورشیدی از خورشید ساطع شده و از سیارات منظومه شمسی عبور می‌کند تا اینکه به غبارهای میان ستاره‌ای می‌پیوندد. محدوده‌ای که این باد خورشیدی پوشش می‌دهد شبیه به یک قطره است که هلیوسفر نام دارد. در ادامه در این مورد بیشتر توضیح می‌دهیم. پس با روکیدا همراه باشید

طوفان خورشیدی چیست؟ نمایش خیره کننده پلاسما

هیدروژن و هلیوم دو جزء مهم و اصلی تشکیل دهنده باد خورشیدی هستند. جالب است بدانید که این دو عنصر در واقع بیشتر از 98 درصد از خورشید را تشکیل می‌دهند. دمای بالایی که در ستاره‌ها به وجود می‌آید، باعث می‌شود مقادیر زیادی از اتم‌های هیدروژن و هلیوم و عناصر دیگر مثل اکسیژن شکسته شوند.
این اتفاق به این شکل می‌افتد که‌اتم تحت تأثیر حرارت بسیار زیاد قرار می‌گیرد. در دمای زیاد الکترون‌ها به‌شدت پر تحرک شده و از جاذبه هسته‌ای که به دور آن می‌چرخند، فرار می‌کنند. به این شکل است که پلاسما تولید می‌شود. در واقع پلاسما شکلی از ماده است که از الکترون‌های رها شده و هسته‌های باقی مانده تشکیل می‌شود که هر دو بار دار هستند. الکترون‌های افسارگسیخته بار منفی دارند و هسته‌های تنها مانده هم بار مثبت.
باد خورشیدی از پلاسما تشکیل شده است. تاج خورشیدی که کرونا (corona) نام دارد هم از همین جنس است. تاج خورشیدی لایه‌ای نازک از جو خورشید است که به شکل یک قوس از سطح آن بیرون زده است. این تاج تقریباً در فاصله 2100 کیلومتر از سطح خورشید آغاز می‌شود و تا فواصل بسیار زیاد در فضا ادامه دارد. تاج خورشیدی حتی با مقیاس‌های ستاره‌ای و کهکشانی هم بسیار داغ محسوب می‌شود. دمای کرونا بیشتر از 1.1 میلیون درجه سانتی گراد است و این یعنی تاج خورشیدی صدها برابر از سطح خود خورشید داغ‌تر است.

اگر از سطح خورشید حدود 32 میلیون کیلومتر فاصله بگیریم، خواهیم دید که بخشی از کرونا به بادهای خورشیدی تبدیل می‌شود. در این فاصله میدان مغناطیسی خورشیدی ضعیف می‌شود و ذرات زیر اتمی که کرونا را تشکیل می‌دهند نمی‌تواند به‌طور کامل حفظ کند. نتیجه اینکه در این فاصله ذرات رفتارشان تغییر می‌کند. الکترون‌ها و هسته‌ها در داخل کرونا تقریباً بانظم مشخصی حرکت می‌کنند ولی برخی از ذرات که از این فاصله فراتر می‌روند حرکت نامنظمی پیدا می‌کنند. مثل مقایسه باران معمولی با رگبارهایی که در طوفان‌ها می‌بینیم. این رفتار ذرات باعث می‌شود که تعدادی از آن‌ها از کرونا کنده شده و به سمت فضا پرتاب شوند. همان چیزی که به آن باد خورشیدی می‌گوییم.

انواع باد خورشیدی

باد خورشیدی سرعت‌های مختلفی می‌تواند داشته باشد. بادهای خورشیدی که سرعت پایینی دارند با سرعت 300 تا 500 کیلومتر در ثانیه حرکت می‌کنند. شاید این سرعت خیلی زیاد به نظر برسد. ولی سرعت بادهای خورشیدی تا دو برابر این مقدار یعنی 600 تا 800 کیلومتر در ساعت هم می‌تواند برسد.
سریع‌ترین باد خورشیدی از حفره‌های کرونا به بیرون پرتاب می‌شود. حفره کرونا در واقع بخش‌های سرد و کم تراکم هستند که موقتاً بر روی کرونا ظاهر می‌شوند. این حفره‌ها محل خوبی برای فرار ذرات باد خورشیدی هستند چرا که در واقع در این محل‌ها میادین مغناطیسی باز از آن‌ها عبور می‌کند.
در واقع این مسیرهای باز مثل آزادراه‌هایی هستند که ذرات باردار را از کرونا به بیرون پرتاب می‌کنند. در حالت عادی میدان مغناطیسی یک مسیر بسته است که پلاسما از در همان جهت از سطح خورشید بیرون زده، از خورشید و دوباره به آن باز می‌گردد.
در مورد بادهای خورشیدی کم سرعت اطلاعات زیادی در دسترس نیست. ولی به‌طور کلی می‌توان گفت که وجود آن‌ها تحت تأثیر تعداد لکه‌های خورشیدی است. زمانی که لکه‌های خورشیدی کم هستند، مشاهده می‌شود که بادهای خورشیدی کم سرعت از بخش استوایی خورشید و بادهای پر سرعت از قطب‌ها ساطع می‌شوند. ولی زمانی که لکه‌های خورشیدی بیشتر هستند، هر دو نوع باد خورشیدی در تمام سطح خورشید دیده می‌شوند و آن مرزبندی گذشته دیده نمی‌شود.

هلیوسفر یا حباب کیهانی چیست؟

حالا که با بادهای خورشیدی تا حدی آشنا شدیم، می‌توانیم در مورد هلیوسفر و حباب کیهانی توضیح دقیق‌تری بدهیم. همان طور که گفتیم باد خورشیدی از کرونا به بیرون ساطع می‌شود. مهم نیست این باد خورشیدی چقدر سرعت داشته باشد. به هر حال می‌توان این طور در نظر گرفت که باد خورشیدی در همه جهت‌ها پخش می‌شود. بنابراین می‌شود گفت که بادهای خورشیدی یک محوطه‌ای در فضا را احاطه می‌کنند که خود خورشید، زمین، ماه و تمام اجرام دیگر در منظومه شمسی را در بر می‌گیرد. این بخش از فضا که تحت پوشش بادهای خورشیدی است هلیوسفر (heliosphere) نام دارد.
از طرف دیگر باید بدانید که فضای بسیار باز و خالی بین ستاره‌ای که در کهکشانمان می‌بینیم در واقع خالی نیست و از محیط میان ستاره‌ای (interstellar medium ISM) پر شده است. محیط میان ستاره‌ای ترکیبی هیدروژن، هلیوم و ذرات ریز غبار است. بنابراین هلیوسفر را می‌توان یک حفره بزرگ در نظر گرفت که توسط محیط میان ستاره‌ای محاصره شده است.

هلیوسفر را می‌توان به یک پیاز تشبیه کرد زیرا هم از نظر شکل شباهت‌هایی به آن دارد و هم اینکه لایه لایه است. شوک پایانی (termination shock) منطقه‌ای حائل است که آن سوی پلوتو و کمربند کویپر قرار دارد. در این منطقه سرعت باد خورشیدی به مقدار قابل توجهی کاهش پیدا می‌کند. از این جا به بعد لایه خارجی هلیوسفر قرار دارد. در این ناحیه قدرت محیط میان ستاره‌ای و باد خورشیدی برابر است و بعد از آن باد خورشیدی در محیط میان ستاره‌ای جذب و بی‌اثر می‌شود.

اثر باد خورشیدی بر شفق قطبی، ماهواره‌ها و ساختار شناسی پوسته ماه

حالا بگذارید به زمین باز گردیم. باد خورشیدی در زمین باعث ایجاد شفق‌های قطبی در قطب شمال و جنوب می‌شود. زمین یک میدان مغناطیسی بزرگ دارد که قطب‌های شمال و جنوب آن در نواحی قطب جنوب و قطب شمال قرار دارد. وقتی باد خورشیدی با زمین برخورد می‌کند، ذرات باردار آن به سمت قطب‌های مغناطیسی زمین جذب می‌شوند. در نتیجه اتم‌های جو کره زمین پس از برخورد با باد خورشیدی پر انرژی شده واز خود نور ساطع می‌کنند که رقص نور زیبای شفق قطبی را ایجاد می‌کند.

سیاره‌های دیگر مثل زهره و زحل هم این پدیده را تجربه می‌کنند ولی قمر زمین یعنی ماه چنین ویژگی‌ای ندارد. در سطح ماه شکل‌هایی دیده می‌شود که احتمالاً به همین بادهای خورشیدی مربوط هستند. مارپیچ‌های سطح ماه (lunar swirl) بخش‌هایی از سطح ماه هستند که ممکن است تیره‌تر یا روشن‌تر از محیط اطراف خود به نظر برسند. علت به وجود آمدن این اشکال در سطح ماه به‌درستی مشخص نیست ولی شواهدی که از مأموریت در حال انجام توسط ناسا به دست آمده نشان می‌دهد این نواحی که تغییر رنگ و شکل پیدا کرده‌اند در واقع اثرات آفتاب سوختگی غول‌آسای ماه هستند. وجود میدان مغناطیسی در کره ماه که البته زیاد هم بزرگ نیست توانسته بخشی‌هایی از سطح ماه را محافظت کند ولی برخی بخش‌های دیگر مثل همین نواحی مارپیچی سطح ماه در معرض بادهای خورشیدی قرار گرفته‌اند. زمانی که باد خورشیدی به سطح ماه برخورد می‌کند احتمالاً واکنش‌های شیمیایی ایجاد می‌کند که ظاهر و شکل برخی از سنگ‌ها و ترکیبات را تغییر می‌دهد.
البته اثرات باد خورشیدی به همین جا ختم نمی‌شود. شاید مهم‌ترین اثر باد خورشیدی روی تجهیزات دست ساز امروزی ما باشد. به‌خصوص تجهیزاتی که در فضا و خارج از میدان مغناطیسی زمین داریم و بسیار برای ما گران بها و ارزشمند است. بخش‌های الکتریکی ماهواره‌ها و تجهیزات فضایی ما در مقابل پلاسمای پراکنده شده در فضا آسیب پذیر است و سابقه اختلال عملکرد آن‌ها زمانی که تحت تأثیر بمباران ذرات زیر اتمی خورشیدی بوده‌اند، وجود دارد.
حالا تصور کنید با این حجم از وابستگی ما به تکنولوژی در دنیای امروز، میدان مغناطیسی زمین و سپر قدرتمندی که برای ما ایجاد کرده است چقدر اهمیت دارد.

منبع: science.howstuffworks.com