نشاط الشمس ، المعروف باسم 'طقس الفضاء' ، له تأثير كبير على الأرض والكواكب الأخرى في النظام الشمسي. تطلق الانفجارات الدورية ، المعروفة أيضًا باسم التوهجات الشمسية ، كميات كبيرة من الإشعاع الكهرومغناطيسي ، والذي يمكن أن يتداخل مع كل شيء من الأقمار الصناعية والسفر الجوي إلى الشبكات الكهربائية. لهذا السبب ، يحاول علماء الفيزياء الفلكية إلقاء نظرة أفضل على الشمس حتى يتمكنوا من التنبؤ بأنماط الطقس فيها.
هذا هو الغرض من NSF البالغ طوله 4 أمتار (13 قدمًا) تلسكوب دانيال ك. إينوي الشمسي (DKIST) - المعروف سابقًا باسم التلسكوب الشمسي للتكنولوجيا المتقدمة - والذي يقع في مرصد هاليكالا في جزيرة ماوي ، هاواي. في الآونة الأخيرة ، أصدرت هذه المنشأة أولى صورها لسطح الشمس ، والتي تكشف عن مستوى غير مسبوق من التفاصيل وتقدم معاينة لما سيكشفه هذا التلسكوب في السنوات القادمة.
توفر هذه الصور عرضًا عن قرب لسطح الشمس يُظهر بلازما مضطربة مرتبة في نمط من الهياكل الشبيهة بالخلية. هذه الخلايا هي مؤشر على الحركات العنيفة التي تنقل البلازما الشمسية الساخنة من باطن الشمس إلى السطح. هذه العملية ، المعروفة باسم الحمل الحراري ، ترى أن هذه البلازما اللامعة ترتفع إلى السطح في الخلايا ، حيث تبرد وتغرق تحت السطح في الممرات المظلمة.
يستطيع تلسكوب إينوي الشمسي تصوير منطقة من الشمس بعرض 38000 كم (23600 ميل). الائتمان: NSO / AURA / NSF
من خلال الحصول على هذه الأنواع من الصور الدقيقة والواضحة للشمس ، يأمل علماء الفلك أن يكونوا قادرين على تحسين فهمهم لهذه العملية حتى يتمكنوا من التنبؤ بالتغيرات المفاجئة في طقس الفضاء. مثل فرانس كوردوفا ، مديرة NSF ، شرح :
منذ أن بدأت NSF العمل على هذا التلسكوب الأرضي ، انتظرنا بفارغ الصبر الصور الأولى. يمكننا الآن مشاركة هذه الصور ومقاطع الفيديو ، وهي الأكثر تفصيلاً عن شمسنا حتى الآن. سيكون Inouye Solar Telescope التابع لمؤسسة NSF قادرًا على رسم خريطة للحقول المغناطيسية داخل إكليل الشمس ، حيث تحدث الانفجارات الشمسية التي يمكن أن تؤثر على الحياة على الأرض. سيحسن هذا التلسكوب فهمنا لما يحرك طقس الفضاء ويساعد المتنبئين في النهاية على التنبؤ بشكل أفضل بالعواصف الشمسية '.
لتوضيح ذلك ، الشمس هي نجم من النوع G (قزم أصفر) في التسلسل الرئيسي موجود منذ حوالي 4.6 مليار سنة. هذا يضعها في منتصف دورة حياتها ، والتي ستستمر لنحو 5 مليارات سنة أخرى. تستهلك عملية الاندماج النووي الذاتي التي تمد الشمس بالطاقة (وتوفر كل الضوء والحرارة والطاقة) حوالي 5 ملايين طن من وقود الهيدروجين كل ثانية.
تشع كل الطاقة الناتجة عن هذه العملية في الفضاء في جميع الاتجاهات وتصل إلى حافة النظام الشمسي. منذ الخمسينيات من القرن الماضي ، أدرك العلماء أن الأرض توجد داخل الغلاف الجوي للشمس وأن التغيرات في الطقس لها تأثير عميق على الأرض. حتى الآن ، بعد عقود من الزمان ، هناك الكثير من العمليات الحيوية التي تقوم بها الشمس والتي لا تزال مجهولة.
تُظهر هذه الصورة مجموعة البقع الشمسية قبل انفجار التوهج. الائتمان: كريس شور
مات ماونتن هو رئيس اتحاد جامعات الأبحاث في علم الفلك ، الذي يدير تلسكوب إينووي الشمسي. كما أوضح هدف علم الفلك الشمسي:
'على الأرض ، يمكننا التنبؤ بما إذا كانت ستمطر إلى حد كبير في أي مكان في العالم بدقة شديدة ، والطقس الفضائي لم يكن موجودًا بعد. تنبؤاتنا متأخرة عن الطقس الأرضي بمقدار 50 عامًا ، إن لم يكن أكثر. ما نحتاجه هو فهم الفيزياء الكامنة وراء طقس الفضاء ، وهذا يبدأ عند الشمس ، وهو ما سيدرسه تلسكوب إينوي الشمسي خلال العقود القادمة '.
حدد علماء الفلك أن حركة بلازما الشمس مرتبطة بالعواصف الشمسية بسبب الطريقة التي تتسبب بها في التواء وتشابك خطوط المجال المغناطيسي للشمس. يعد قياس المجال المغناطيسي للشمس وتوصيفه أمرًا بالغ الأهمية لتحديد أسباب النشاط الشمسي الذي قد يكون ضارًا - وهو أمر يعتبر تلسكوب Inouye الشمسي مؤهلًا بشكل فريد له.
وفقًا لتوماس ريميل ، مدير تلسكوب إينووي الشمسي ، فإن كل ذلك يعود إلى المجال المغناطيسي للشمس. 'لكشف أكبر ألغاز الشمس ، علينا ألا نكون قادرين على رؤية هذه الهياكل الصغيرة بوضوح من مسافة 93 مليون ميل فحسب ، بل علينا قياس شدة المجال المغناطيسي واتجاهها بدقة شديدة بالقرب من السطح وتتبع المجال وهو يمتد إلى المليون -إكليل الدرجة ، الغلاف الجوي الخارجي للشمس '.
تُظهر هذه الصورة المكبرة كيف يشكل المجال المغناطيسي للشمس بلازما التاجية الساخنة. الائتمان: NASA / LMSAL / SAO
واحدة من أكبر الفوائد التي يمكن الحصول عليها من فهم أفضل لديناميكيات الطاقة الشمسية هي القدرة على التنبؤ بأحداث الطقس الكبرى. في الوقت الحاضر ، تستطيع الحكومات ووكالات الفضاء توقع الأحداث قبل 48 دقيقة من موعدها. ولكن بفضل البحث الذي أجراه تلسكوب إينووي الشمسي والمراصد الشمسية الأخرى ، يتوقع علماء الفلك الحصول على هذا لمدة تصل إلى 48 ساعة.
هذا من شأنه أن يمنحنا مزيدًا من الوقت لضمان أن هذه الأحداث لا تقطع شبكات الطاقة والبنية التحتية الحيوية والأقمار الصناعية ومحطات الفضاء. بطبيعة الحال ، فإن عمل مراقبة الشمس ليس بالمهمة السهلة ويأتي مع نصيبه العادل من المخاطر. لهذا السبب ، يستفيد تلسكوب Inouye الشمسي من العديد من التطورات الحديثة في مجالات البناء والهندسة وعلم الفلك.
يتضمن ذلك مرآتها 4 أمتار (13 قدمًا) (الأكبر من أي تلسكوب شمسي) ، والبصريات التكيفية للتعويض عن التشوه الناجم عن الغلاف الجوي للأرض ، وظروف المشاهدة الأصلية فوق قمة هاليكالا التي يزيد ارتفاعها عن 3000 متر (10000 قدم). يعتمد التلسكوب أيضًا على العديد من الضمانات لضمان عدم ارتفاع درجة حرارته من تركيز 13 كيلوواط من الطاقة الشمسية من الشمس.
يتم ذلك عبر حلقة معدنية عالية التقنية مبردة بالسائل ('توقف الحرارة') تحافظ على معظم ضوء الشمس بعيدًا عن المرآة الرئيسية وألواح التبريد التي تغطي القبة وتحافظ على استقرار درجات الحرارة حول التلسكوب. يتم أيضًا الاحتفاظ بداخل المرصد باردًا باستخدام 11.25 كم (7 ميل) من أنابيب التبريد ، والتي يتم تبريدها جزئيًا بواسطة الجليد الذي يتراكم أثناء الليل ، ومصاريع داخلية توفر دوران الهواء والظل.
تتحد الأجهزة ذات المستوى العالمي لعصر جديد من علم الفلك الشمسي. الائتمان: NSF
'بفضل الفتحة الأكبر من أي تلسكوب شمسي وتصميمه الفريد وأحدث الأجهزة ، سيكون تلسكوب Inouye Solar Telescope - لأول مرة - قادرًا على إجراء أكثر القياسات تحديًا للشمس ،' قالت ريميل. 'بعد أكثر من 20 عامًا من العمل من قبل فريق كبير مكرس لتصميم وبناء مرصد أبحاث شمسي رائد ، نحن قريبون من خط النهاية. أنا متحمس للغاية لكوني في وضع يسمح لي برصد البقع الشمسية الأولى للدورة الشمسية الجديدة وهي تكثف الآن مع هذا التلسكوب المذهل '.
ديفيد بوبولتز ، مدير البرامج في قسم العلوم الفلكية التابع لمؤسسة العلوم الوطنية الأمريكية ، مسؤول أيضًا عن الإشراف على إنشاء وتشغيل المنشأة. كما هو مبين ، هذه الصور هي مجرد قمة جبل الجليد لتلسكوب إينوي الشمسي:
'على مدى الأشهر الستة المقبلة ، سيواصل فريق العلماء والمهندسين والفنيين التابع لتلسكوب إينووي اختبار التلسكوب وتشغيله لجعله جاهزًا للاستخدام من قبل المجتمع العلمي العالمي للطاقة الشمسية. سيجمع تلسكوب Inouye الشمسي المزيد من المعلومات حول شمسنا خلال السنوات الخمس الأولى من عمرها أكثر من جميع البيانات الشمسية التي تم جمعها منذ أن وجه جاليليو لأول مرة تلسكوبًا إلى الشمس في عام 1612 '.
يعد تلسكوب إينووي الشمسي جزءًا من ثلاثة أدوات تستعد لإحداث ثورة في علم الفلك الشمسي في السنوات القادمة. وينضم إليه باركر سولار بروب التابع لناسا (والذي يدور حاليًا حول الشمس) و ESA / NASA Solar Orbiter (الذي سيتم إطلاقه قريبًا). مثل فالنتين بيلت تلخيص (مدير المرصد الوطني للطاقة الشمسية التابع لمؤسسة NSF) ، إنه وقت مثير أن تكون فيزيائيًا شمسيًا:
سيوفر تلسكوب Inouye الشمسي الاستشعار عن بعد للطبقات الخارجية للشمس والعمليات المغناطيسية التي تحدث فيها. تنتشر هذه العمليات في النظام الشمسي حيث ستقوم بعثات Parker Solar Probe و Solar Orbiter بقياس عواقبها. وإجمالاً ، فإنهم يشكلون فعلاً مبعوثًا متعددًا لفهم كيفية ارتباط النجوم وكواكبها مغناطيسيًا '.
قراءة متعمقة: NSF