Anomalous cosmic rays within the inner heliosphere: Observations of helium by the High Energy Telescope onboard Solar Orbiter
تقدم هذه الورقة أول ملاحظات لأشعة الهيليوم الكونية الشاذة بواسطة تلسكوب الطاقة العالية التابع لمركبة "سولار أوربيتر" بين 0.3 و1 وحدة فلكية، مستنتجةً تدرجاً شعاعياً يبلغ تقريباً 22-32%/وحدة فلكية، ومثبتةً أن هذه التدرجات تزداد مع تعزيز التعديل الشمسي وزاوية ميل أكبر لورقة التيار الهليوسفيري.
البحث الأصلي مرخَّص بموجب CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). هذا شرح مولَّده بالذكاء الاصطناعي للبحث أدناه. لم يكتبه المؤلفون ولم يصادقوا عليه. وللتحقق من الدقة التقنية، يرجى الرجوع إلى البحث الأصلي. اقرأ إخلاء المسؤولية الكامل
"الرياح" الكونية ورحلة المسبار "سولار أوربيتر" (Solar Orbiter)
تخيل أن الشمس ليست مجرد كرة من النار، بل هي منارة عملاقة في الفضاء. فهي تطلق باستمرار "رياحاً" مكونة من جسيمات مشحونة (الرياح الشمسية)، وتمتلك مجالاً مغناطيسياً هائلاً وغير مرئي يمتد لمليارات الأميال. هذه الفقاعة بأكملها تسمى الهيليوسفير (الغلاف الشمسي).
داخل هذه الفق bubble، هناك نوعان من "غبار الفضاء" يطفوان حولنا:
- الأشعة الكونية المجرية (GCRs): وهي جسيمات ثقيلة وسريعة قادمة من أعماق الفضاء (المستعرات الأعظم/السوبرنوفا) تحاول الاصطدام بنظامنا الشمسي.
- الأشعة الكونية الشاذة (ACRs): وهي بطلة هذه القصة. تبدأ كغاز محايد ينجرف من أعماق الفضاء، ثم يتم شحنها كهربائياً (تأيينها) بواسطة الشمس، فتُدفع نحو حافة النظام الشمسي، ثم تُسرّع مثل المقلاع، وبعد ذلك تندفع عائدة نحو الشمس.
اللغز: لطالما تساءل العلماء عن كيفية حركة هذه الجسيمات. هل تنجرف بسلاسة؟ أم أنها تتعثر؟ تعتمد الحركة بشكل كبير على المجال المغناطيسي للشمس، الذي يقلب قطبيته (مثل تحول مغناطيس من شمال/جنوب) كل 11 عاماً.
المحقق الجديد: سولار أوربيتر (Solar Orbiter)
لفترة طويلة، لم يكن لدينا سوى رؤية لهذه "الرياح الكونية" من جوار الأرض (على بعد حوالي 100 مليون ميل). ولكن في عام 2020، انطلق مسبار سولار أوربيتر. فكر فيه كطائرة تجسس تغوص قريباً جداً من الشمس، لتصل إلى مسافة 29 مليون ميل فقط.
هذه الورقة البحثية تتحدث عما وجده طيران التجسس هذا أثناء غوصه نحو الشمس بين عامي 2020 و2022، وتحديداً عند مراقبة جسيمات الهيليوم (نوع محدد من الأشعة الكونية الشاذة ACRs).
التجربة: مقارنة "الطقس"
لفهم كيف تتغير هذه الجسيمات كلما اقتربنا من الشمس، احتاج العلماء إلى نقطة مرجعية. لقد استخدموا بيانات من "محطات رصد طقس" أخرى:
- SOHO: قمر صناعي يحوم بالقرب من الأرض.
- ACE: قمر صناعي آخر بالقرب من الأرض.
- Chang'e-4: مركبة هبوط على الجانب البعيد من القمر (استُخدمت للتحقق السريع).
التشبيه: تخيل أنك تحاول معرفة كيف تتغير سرعة الرياح بينما تمشي من حافة غابة باتجاه شجرة.
- SOHO/ACE هما أشخاص يقفون عند حافة الغابة (على بعد 1 وحدة فلكية).
- سولار أوربيتر هو الشخص الذي يمشي باتجاه الشجرة (يقترب من 0.3 وحدة فلكية).
العلماء قارنوا ما شعر به "الماشِي" مقابل ما شعر به "الأشخاص عند الحافة".
النتائج الكبرى
كان على الفريق أن يكون حذراً للغاية. كان عليهم تصفية "العواصف" (التوهجات الشمسية) التي قد تفسد البيانات، تماماً كما لا تقيس متوسط سرعة الرياح أثناء إعصار. كما توجب عليهم مراعاة حقيقة أن الشمس كانت تستيقظ من قيلولتها (الحد الأدنى من النشاط الشمسي) وتبدأ في استعادة نشاطها.
إليكم ما اكتشفوه:
1. التدرج حاد (المنحدر أكثر انحداراً مما ظننا)
يقيس العلماء "التدرج الشعاعي"، وهو ببساطة مدى تغير عدد الجسيمات كلما اقتربت من الشمس.
- النتيجة: وجدوا أن تركيز جسيمات الهيليوم هذه يتغير بسرعة كبيرة جداً كلما اقتربنا من الشمس.
- التشبيه: تخيل أنك تمشي أسفل تلة. إذا كانت التلة لطيفة، فلن تشعر بتغيير كبير في الارتفاع. ولكن إذا كانت منحدرًا حاداً، فستشعر بتغيير هائل في خطوات قليلة فقط. وجد "سولار أوربيتر" أن "ميل" كثافة الجسيمات أكثر حدة في النظام الشمسي الداخلي مما كنا نعتقد بناءً على البيانات من مناطق أبعد.
- الأرقام: وجدوا تدرجاً بنسبة 22% إلى 32% لكل وحدة فلكية (AU). وهذا يعني أنه مقابل كل خطوة تخطوها نحو الشمس، تتغير كثافة الجسيمات بشكل ملحوظ.
2. "السياج المغناطيسي" للشمس يزداد تشابكاً
تشير الورقة إلى أنه مع زيادة نشاط الشمس (زيادة البقع الشمسية، والفوضى المغناطيسية)، أصبح التدرج أكثر حدة.
- التشبيه: فكر في المجال المغناطيسي للشمس كأنه سياج. عندما يكون السياج مستقيماً وهادئاً (الحد الأدنى من النشاط الشمسي)، يمكن للجسيمات المرور بسهء. ولكن عندما يصبح السياج ملتوياً ومتشابكاً (الحد الأقصى من النشاط، وزاوية الميل العالية)، يصبح من الصعب على الجسيمات التحرك في خط مستقيم. إنها "تتجمع" أو تنحرف أكثر، مما يخلق فرقاً أكبر في الكثافة بين الحافة والمركز.
3. النتائج تطابق "طائرة التجسس" السابقة
تطابقت النتائج مع ما رصده مسبار باركر (Parker Solar Probe) قبل بضع سنوات. وهذا أمر بالغ الأهمية لأنه يؤكد أن فهمنا لكيفية حركة الجسيمات في هذا "النطاق الداخلي" متسق، رغم أن المسبارين كانا هناك في أوقات مختلفة قليلاً.
لماذا يهم هذا الأمر؟
فكر في النظام الشمسي كطريق سريع ضخم.
- قبل ذلك: كنا نعرف كيف تتحرك حركة المرور على الطرق السريعة الخارجية (بعيداً عن الشمس).
- الآن: لدينا خريطة لشوارع المدينة الداخلية (بالقرب من الشمس).
تخبرنا الورقة أن "قواعد المرور" (الفيزياء) تتغير كلما اقتربنا من الشمس. تعمل المجالات المغناطيسية مثل متاهة معقدة. إذا أردنا حماية رواد الفضاء في المستقبل أو فهم كيفية تفاعل نظامنا الشمسي مع المجرة، فنحن بحاجة إلى معرفة سلوك هذه الجسيمات بدقة داخل هذه المتاهة الداخلية.
الخلاصة
غاص "سولار أوربيتر" في أعماق الملعب المغناطيسي للشمس ووجد أن الأشعة الكونية الشاذة (الهيليوم) تتراكم وتتغير كثافتها بالقرب من الشمس بشكل أسرع بكثير مما توقعنا. ومع ازدياد "غضب" الشمس (زيادة نشاطها)، يصبح هذا التأثير أقوى. وهذا يساعد العلماء على بناء نماذج أفضل لكيفية تأثير "طقس" الكون على حيّنا.
غارق في أبحاث مجالك؟
تصلك نشرة يومية بأحدث الأبحاث المطابقة لكلماتك البحثية المفتاحية — مع ملخصات تقنية، بلغتك.