برنامه های بلندپروازانه برای مطالعه خورشید در طی خورشید گرفتگی آوریل

در سرتاسر آمریکای شمالی، دانشمندان خورشید گرفتگی کامل ماه آوریل را برای مشاهده عجیب‌ترین بخش خورشید: تاج خورشید، مطالعه خواهند کرد.

زمانی که به صورت هاله ای درخشان دیده می شود که فقط در کل ظاهر می شود، یک میلیون بار کمتر از بقیه خورشید در نور مرئی است. تاج همچنین یک میلیون درجه گرمتر از سطح خورشید یا فوتوسفر است که تنها به حدود 6000 درجه سانتیگراد می رسد و میلیون ها کیلومتر در منظومه شمسی گسترش می یابد.

تاج جایی است که میدان‌های مغناطیسی خورشید روی ذرات باردار عمل می‌کنند و اشکال پیچیده‌ای را تشکیل می‌دهند که در میان نام‌های دیگر به نام‌های جریان، حلقه‌ها و ستون‌ها شناخته می‌شوند. درک تاج به ما کمک می کند تا باد خورشیدی، جریان ذرات باردار پرتاب شده از خورشید به فضا را پیش بینی کنیم. این همان چیزی است که باعث ایجاد شفق های قطبی می شود، اما همچنین یک تهدید بالقوه برای فضانوردان، ماهواره ها و شبکه های برق است.

انتظارات برای خورشید گرفتگی کامل در 8 آوریل زیاد است، زیرا کل – زمانی که خورشید کاملاً پوشیده باشد – تا 4 دقیقه و 27 ثانیه طول می کشد – طولانی ترین چنین دوره ای در خشکی برای بیش از یک دهه است. در اینجا چند مورد از آزمایشاتی که در حال انجام است آورده شده است.

شرپاهای باد خورشیدی

شادیا هابال، محقق خورشیدی در موسسه نجوم دانشگاه هاوایی، تقریباً 30 سال است که خورشید گرفتگی را تعقیب می کند و با استفاده از فیلترها و دوربین های ویژه دمای ذرات را از درونی ترین قسمت تاج اندازه گیری می کند.

گروه هابال، که اکنون به عنوان شرپاهای باد خورشیدی شناخته می شوند، به مکان های دورتری مانند جزایر مارشال، کنیا، مغولستان، مجمع الجزایر نروژی سوالبارد، قطب جنوب و لیبی سفر کرده اند. در هر ماه گرفتگی، که برخی از آنها فقط چند ثانیه طول می کشد، هابال و تیمش با استفاده از فیلترهای خود، تاج را تصویر می کنند. مطالعه طول موج‌های مختلف نور ساطع شده از ذرات باردار آهن در تاج به آنها اجازه می‌دهد تا دما را کاهش دهند.

بیشتر اوقات، فیزیکدانان خورشیدی که تاج را مطالعه می کنند، به تاج نگارهای رصدخانه های فضایی، که از یک دیسک روی تلسکوپ برای مسدود کردن خورشید استفاده می کنند، تکیه می کنند. اما این دستگاه‌ها درونی‌ترین قسمت تاج را می‌پوشانند، منبع برج‌هایی از پلاسما که برجستگی‌ها و فوران‌هایی به نام بیرون‌زدگی جرم تاجی نامیده می‌شوند.

هابال می گوید: «مشاهدات در طول کلیت حیاتی هستند. هیچ راه دیگری برای دیدن بخشی از جو خورشید که از سطح آن به بیرون تا حداقل 5 شعاع خورشیدی به طور پیوسته گسترش می یابد وجود ندارد. او می‌گوید: «این برای درک اینکه چگونه جو خورشیدی از خورشید شروع می‌شود و سپس به فضای بین سیاره‌ای گسترش می‌یابد، اساسی است. تنها در این صورت می توان مدل های کامپیوتری دقیقی ابداع کرد که تاج را شبیه سازی کرده و به پیش بینی آب و هوای فضا کمک کند.

در یکی دو سال گذشته، گروه هابال به کشف شگفت انگیزی دست یافته است. در حال حاضر، خورشید به سمت حداکثر خورشیدی در سال 2025 می رود، فعال ترین نقطه در چرخه 11 ساله خود، زمانی که باد خورشیدی شدت می گیرد. از آنجایی که تاج در طول خورشید گرفتگی کامل در حداکثر خورشید بسیار بزرگتر به نظر می رسد، تصور می شد که چرخه خورشیدی و دمای تاج به طور جدایی ناپذیری به هم مرتبط هستند. اما ممکن است به این سادگی نباشد.

در سال 2021، هابال و همکارانش تحقیقاتی را از مشاهدات انجام شده در طول 14 خورشید گرفتگی منتشر کردند که نشان می‌دهد دمای تاج به چرخه خورشیدی وابسته نیست. خطوط میدان مغناطیسی خورشید می توانند باز باشند، با باد خورشیدی به سمت بیرون حرکت کنند، یا بسته باشند، که داغ تر هستند و حلقه ها را تشکیل می دهند. هابال می گوید: «ما خطوط میدان باز را در همه جا بدون توجه به چرخه پیدا کردیم. این بدان معناست که کرونا دمای تقریباً ثابتی دارد.

پروازهای بلند

آب و هوای بد از سال 2019 مانع رصدها شده است. هابال می گوید: «ما در سال 2020 در شیلی باران داشتیم، در سال 2021 در قطب جنوب ابر در دریا داشتیم و در سال 2022 خسوفی وجود نداشت. در طول سفر به قطب جنوب بود که یکی از اعضای تیم بندیکت جاستن پیشنهاد کرد که دفعه بعد آنها می توانند بادبادکی مجهز به طیف سنج را به پرواز درآورند که نور را به طول موج های اجزای آن جدا می کند.

بادبادک سرمایه‌گذاری شده توسط ناسا که دارای طول بال‌های 6.5 متری است، طی یک خورشید گرفتگی کامل در آوریل 2023 در استرالیای غربی با موفقیت آزمایش شد. این بادبادک بر روی یک بند به طول یک کیلومتر که به یک وسیله نقلیه متصل بود به فضا پرتاب شد. هابال می گوید: «این بسیار معجزه آسا بود. آب و هوای بد باعث شد که تیم برای اولین بار فقط 45 دقیقه قبل از کل پرواز کند. “هیجان انگیز بود.”

اگر این فناوری در کسوف آینده به خوبی کار کند، بادبادک در آینده، احتمالاً با اضافه شدن دوربین، بیشتر به کار خواهد رفت. هابال می گوید: «این بسیار ساده تر و ارزان تر از استفاده از بالن است. اما اگر کار نکرد، همیشه یک نسخه پشتیبان وجود دارد.

در طول ماه گرفتگی کامل، دو هواپیمای WB-57 با سرعت 740 کیلومتر در ساعت، تقریباً یک چهارم سرعت سایه ماه، در جنوب غربی حداکثر نقطه خسوف، یکدیگر را دنبال خواهند کرد. با این سرعت، کل از 4 دقیقه و 27 ثانیه برای کسانی که آن را از روی زمین مشاهده می کنند به بیش از 6 دقیقه افزایش می یابد. امیر کاسپی در موسسه تحقیقاتی جنوب غربی در بولدر، کلرادو می‌گوید: “WB-57 برای این کار عالی است، زیرا در مخروط دماغه‌اش یک دوربین و سیستم تلسکوپ وجود دارد که می‌تواند به سمت هر چیزی بچرخد… مهم نیست که هواپیما در کدام سمت پرواز می‌کند.” ، که مسئول آزمایشی در دومین WB-57 برای بررسی کرونا به روشی متفاوت است.

کاسپی و تیمش با استفاده از یک پلت فرم تثبیت شده، تصاویری از ماه گرفتگی را با استفاده از یک دوربین نور مرئی و یک دوربین مادون قرمز میانی با وضوح بالاتر که توسط ناسا ساخته شده است، می گیرند. دومی هفت طول موج مختلف نور را جذب می کند و به تعیین اینکه کدام ساختارهای تاج نور خود را ساطع می کنند و کدام فقط نور را از سطح خورشید پراکنده می کنند، کمک می کند. کاسپی می‌گوید: «ما باید تا جایی که می‌توانیم بالاتر از جو باشیم تا بتوانیم این مشاهدات را انجام دهیم. نور مادون قرمز توسط جو زمین جذب می شود و مشاهده آن از سطح زمین دشوار است.

پخش کننده های زنده

کاسپی همچنین بخشی از پروژه Citizen Continental-America Telescopic Eclipse (CATE) است، تلاشی برای ساخت یک فیلم مداوم 60 دقیقه ای با وضوح بالا با استفاده از 35 تیم شهروند دانشمند در مسیر کلیت، از تگزاس تا مین، که هر کدام با دوربین‌ها، تلسکوپ‌ها و آموزش‌های مشابه تا بتوانند دقیقاً همان نوع مشاهدات را انجام دهند. کاسپی می‌گوید: «تیم‌ها به گونه‌ای از هم جدا خواهند شد که هر ایستگاه با همسایگانش همپوشانی داشته باشد». “اگر یک ایستگاه به دلیل ابر یا تجهیزات خراب، داده دریافت نمی کند، مشکلی نیست.”

او امیدوار است که این تجهیزات کار کند، زیرا سال گذشته با موفقیت در استرالیای غربی آزمایش شد. کاسپی می گوید: «این اولین ماه گرفتگی بود که من دیدم. “تجهیزات ما نمی‌توانستند آنلاین شوند، بنابراین من تمام مدت تلفنم را جلوی صورتم نگه داشتم.”

خورشید گرفتگی 2024

در 8 آوریل خورشید گرفتگی کامل بر فراز مکزیک، ایالات متحده و کانادا خواهد گذشت. مجموعه ویژه ما همه چیزهایی را که باید بدانید، از نحوه و زمان دیدن آن تا برخی از عجیب‌ترین تجربیات کسوف در تاریخ را پوشش می‌دهد.

امیدواریم این فیلم به دانشمندان اجازه دهد تا پیچیدگی‌های کرونا، به ویژه شکل آن و چگونگی تغییر آن در مدت زمان کوتاهی را مطالعه کنند. این بر اساس یک پروژه CATE از سال 2017 ساخته شده است که از 68 دوربین در سراسر مسیر استفاده می کرد. این بار از دوربین های پیچیده تری استفاده خواهد کرد که به انواع مختلف نور پلاریزه حساس هستند.

کاسپی می‌گوید: «بیشتر نوری که در طول کل می‌بینید، در واقع نوری از سطح خورشید است که برای پراکندگی الکترون‌ها به تاج می‌رود. این تاج K است، بخش درونی روشن، که نوری را که فقط از خود تاج می‌آید غرق می‌کند. همانطور که نور پراکنده می شود، زاویه دار می شود، خاصیتی که قطبش نامیده می شود. او می‌گوید: «اگر بتوانید زاویه قطبش را اندازه‌گیری کنید، ساختار سه‌بعدی تاج، چگالی آن و نحوه تغییر آن در طول زمان به شما ارائه می‌شود.

در طول یک خورشید گرفتگی کامل، زمان کم است، بنابراین یک ویدیوی یک ساعته مداوم، ضبط فرآیندهایی که ثانیه ها یا دقیقه ها طول می کشد، مانند شعله های خورشیدی یا پرتاب جرم تاج، و همچنین جزئیات دیگر را ممکن می کند. کاسپی می گوید: «کرونا توسط یک میدان مغناطیسی پیچیده نفوذ می کند. در کل، ما میدان مغناطیسی را نمی‌بینیم، اما در عوض پلاسمای داغ در امتداد آن به دام افتاده است – درست مانند اینکه بتوانیم براده‌های آهن را در اطراف میدان مغناطیسی اطراف آهنربا ببینیم.

موضوعات: