Towards understanding the early kinematics of coronal mass ejections: Proba-3/ASPIICS observations of the 21 September 2025 event

الشمس نجم مضطرب، يطلق باستمرار تياراً من الجسيمات المشحونة المعروف باسم الرياح الشمسية. وأحياناً، يتم مقاطعة هذا التدفق بانفجارات هائلة وعنيفة تسمى الانبعاثات الكتلية الإكليلية. تقذف هذه الأحداث مليارات الأطنان من البلازما الممغنطة من سطح الشمس إلى الفضاء، وتنتقل بسرعات يمكن أن تصل إلى مئات الكيلومترات في الثانية. وعندما يتم توجيه مثل هذا الانفجار نحو الأرض، فإنه يمكن أن يتفاعل مع المجال المغناطيسي لكوكبنا، مما يخلق أضواء الشفق القطبي الخلابة ولكن أيضاً يشكل مخاطر على الأقمار الصناعية، وشبكات الطاقة، وأنظمة الاتصالات. لعقود من الزمن، فهم العلماء أن هذه الانفجارات تبدأ بارتفاع بطيء وهادئ للمواد، يليه تسارع مفاجئ وعنيف. ومع ذلك، ظلت قطعة حاسمة من اللغز مفقودة: اللحظة الدقيقة التي يتحول فيها الارتفاع البطيء إلى انفجار سريع. يحدث هذا الانتقال في المنطقة الداخلية لغلاف الشمس الجوي، وهي منطقة كان من الصعب مراقبتها بوضاً لأنها تقع في منطقة عمياء بين الأجهزة التي ترى سطح الشمس وتلك التي تراقب الإكليل البعيد.

لقد ملأت دراسة جديدة نشرها فريق من الباحثين من المرصد الملكي في بلجيكا وشركاء دوليين هذه الفجوة أخيراً. باستخدام أداة متخصصة على متن مهمة "بروبا-3" (Proba-3) التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية، التقط الفريق عرضاً مستمراً عالي الدقة لانبعاث كتلي إكليلي أثناء انفجاره في 21 سبتمبر 2025. بدأ الحدث ببروز هادئ، وهو عبارة عن حلقة من الغاز البارد والكثيف تتدلى في غلاف الشمس الجوي، والتي بدأت ترتفع ببطء. وبينما كانت ترتفع، بدأ الهيكل في الالتواء وعدم الاستقرار. سمحت الملاحظات الجديدة للعلماء بتتبع هذا الانفجار من أول تحركاته، فوق سطح الشمس مباشرة، وصولاً إلى منتصف الإكليل، دون فقدان الرؤية له. ومن خلال دمج البيانات من هذه الأداة الجديدة مع الملاحظات القديمة من مركبات فضائية أخرى، تمكن الباحثون من بناء جدول زمني كامل لسرعة الانفجار وتسارعه، مما كشف بالضبط كيف تطور الحدث من انجراف بطيء إلى مقذوف عالي السرعة.

كان المفتاح لهذا النجاح هو أداة تسمى "أسبيكس" (ASPIICS)، والتي تستخدم تصميماً فريداً لحجب الضوء المبهر لسطح الشمس. وخلافاً للتلسكوبات السابقة التي كان عليها الاعتماد على أقنعة داخلية أو التي لم تكن تستطيع رؤية الإكليل إلا من مسافات بعيدة، تستخدم "أسبيكس" مركبة فضائية منفصلة تطير في تشكيل لتعمل كمظلة شمسية خارجية. هذا الإعداد يخلق رؤية مظلمة وواضحة للغلاف الجوي الشمسي بدءاً من فوق السطح مباشرة، وصولاً إلى ثلاثة أضعاف نصف قطر الشمس. هذه المنطقة تحديداً هي حيث تتغير فيزياء الانفجار بشكل أكثر دراماتيكية، ومع ذلك كانت سابقاً منطقة عدم يقين. ركز الباحثون على انفجار حدث فوق الحافة الجنوبية الغربية للشمس. وراقبوا كيف بدأ بروز هادئ، ظهر كبنية ساطعة وملتوية، في الارتفاع. لفترة من الوقت، كان الارتفاع بطيئاً ومستقراً، ولكن بعد ذلك اندفع الهيكل فجأة إلى الأمام.

قاس الفريق المسافة التي قطعها الانفجار بمرور الوقت، مما خلق خريطة مفصلة لحركته. ووجدوا أن الانفجار اتبع نمطاً متميزاً: بداية بطيئة، تليها تسارع نبضي حاد. بدأت نواة الانفجار، والتي كانت مادة البروز الأصلية، في الارتفاع أولاً. وبينما كانت تتحرك، دفعت الغلاف الجوي الشمسي المحيط بها، مكدسة البلازما أمامها لتشكل حافة أمامية ساطعة. ظهرت هذه الحافة الأمامية في وقت لاحق من النواة ولكنها سرعان ما لحقت بها في السرعة. أظهرت البيانات أن النواة وصلت إلى سرعة حوالي 400 كيلومتر في الثانية، بينما تسارعت الحافة الأمامية إلى حوالي 450 كيلومتراً في الثانية داخل الإكليل الداخلي. لم يكن التسارع زيادة تدريجية، بل كان طفرة سريعة وغير خطية تشير إلى تحرر مفاجئ للطاقة المغناطيسية.

ولضمان دقة هذه القياسات وعدم تشوهها بسبب الزاوية التي نُظر منها، دمج الباحثون البيانات الجديدة مع ملاحظات من ثلاث مركبات فضائية أخرى متمركزة في مواقع مختلفة من النظام الشمسي. ومن خلال النظر إلى نفس الحدث من زوايا متعددة، تمكنوا من إعادة بناء الانفجار في ثلاثة أبعاد. أكد هذا التحليل أن الانفجار كان يتوسع بطريقة "متشابهة ذاتياً"، مما يعني أنه حافظ على نفس الشكل أثناء نموه. كشفت إعادة البناء ثلاثية الأبعاد أن الانفجار كان يتحرك بسرعة حقيقية تبلغ حوالي 515 كيلومتراً في الثانية عندما وصل إلى مسافة أربعة أنصاف أقطار شمسية. ولأن الانفجار حدث بالقرب من حافة الشمس كما تظهر من الأرض، فقد كانت زاوية الرؤية مواتية، وكانت قياسات السرعة والمسافة قريبة جداً من القيم الفعلية، مما تطلب تصحيحات طفيفة فقط.

قارنت الدراسة أيضاً البيانات الجديدة عالية الدقة بالنماذج القديمة لكيفية سلوك هذه الانفجارات. وجد الباحثون أن حركة الانفجار يمكن وصفها بمنحنى رياضي سلس يأخذ في الاعتبار البداية البطيئة، وطفرة التسارع، والاستقرار النهائي في سرعة ثابتة. طابق هذا المنحنى الملاحظات تماماً، مما يشير إلى أن القوى التي تقود الانفجار والمقاومة من الرياح الشمسية مفهومة جيداً. تسارعت الحافة الأمامية والنواة معاً تقريباً، ووصلتا إلى ذروة سرعتهما في نفس الوقت تقريباً. تتحدى هذه النتيجة فكرة أن الحافة الأمامية والنواة قد تتصرفان ككيانين منفصلين تماماً؛ بل يبدوان كجزء من هيكل واحد متماسك يستجيب معاً للقوى المغناطيسية المؤثرة.

إن أحد أهم نتائج هذا البحث هو إثبات أن الفجوة طويلة الأمد في المراقبة الشمسية قد أُغلقت. لسنوات، كان على العلماء التخمين بشأن ما يحدث بين سطح الشمس وبداية الإكليل الخارجي، وغالباً ما كانوا يعتمدون على أجهزة منفصلة لا يمكنها رؤية الشيء نفسه في الوقت نفسه. أظهر التتبع المستمر الذي وفرته مهمة "بروبا-3" أنه من الممكن تتبع انفجار واحد من ولادته حتى نضجه دون انقطاع. وتؤكد البيانات أن الانتقال من الارتفاع البطيء إلى الانفجار السريع هو عملية سريعة وعنيفة تحدث داخل الإكليل الداخلي. ويشير الباحثون إلى أن هذا الحدث تحديداً، بتقدمه الواضح من بروز هادئ إلى سحابة بلازما سريعة الحركة، يمثل مثالاً نموذجياً لكيفية عمل هذه الانفجارات.

إن القدرة على قياس هذه السرعات والتسارعات بهذه الدقة تفتح الباب أمام تحسين التنبؤات بالطقس الفضائي. فمن خلال فهم كيفية تسارع هذا الانفجار بالضبط وفي أي اتجاه يسافر، يمكن للعلماء تحسين نماذجهم لكيفية تفاعل هذه السحب من البلازما مع الأرض. لا تدعي الدراسة أنها حلت كل أسرار الانفجارات الشمسية، لكنها توفر أساساً متيناً ومقاساً للعمل المستقبلي. ويشير الباحثون إلى أنه بينما تقدم هذه الواقعة الواحدة صورة واضية، فإن دراسة عدد أكبر من الانفجارات ستكون ضرورية لتحديد ما إذا كان هذا السلوك عالمياً أم أن أنواعاً مختلفة من الانفجارات تتبع قواعد مختلفة. وفي الوقت الحالي، يقف العرض المستمر عالي الدقة لحدث عام 2025 كأرشيف نهائي لانبعاث كتلي إكليلي في لحظاته الأولى والأكثر حرجاً، محولاً ما كان يوماً منطقة عمياء إلى نافذة من الفهم الواضح.