أقطاب المجال المغناطيسي للشمس تختفي تدريجياً. لكن لا داعي للذعر: فكل هذا جزء من دورة نشاط نجمنا المضيف المعتادة التي تبلغ 11 عامًا. وقد تزايد النشاط الشمسي، الذي يُقاس بعدد البقع الداكنة على سطح الشمس، خلال السنوات القليلة الماضية، وكذلك الانفجارات الشمسية مثل مشاعل الإشعاع الكهرومغناطيسي ونفاثات البلازما. تجلب العواصف الشمسية شفقًا مذهلاً وانقطاعًا للراديو من حين لآخر.
رسم تخطيطي لخطوط المجال المغناطيسي للشمس موضح في صورة للشمس التقطها مرصد ديناميكيات الطاقة الشمسية التابع لناسا في 12 مارس 2016، عندما كان النشاط الشمسي يتضاءل. مصدر الصورة: NASA/SDO/AIA/LMSAL
لكن بالنسبة لأبناء الأرض، فإن هذه الأحداث الشمسية أقل وضوحًا: فهي تؤدي أيضًا إلى تآكل المجال المغناطيسي السائل للشمس بشكل مثير للدهشة، مما يتسبب في فقدان أقطاب نجمنا لكل شحنتها تقريبًا. ويقول العلماء إن المجال المغناطيسي سوف ينعكس مع مرور الوقت، ثم يقوى تدريجيا مع ضعف النشاط الشمسي.
وقالت ليزا أبتون، عالمة الطاقة الشمسية في معهد أبحاث الجنوب الغربي في بولدر، كولورادو: "في الوقت الحالي، يبدو أن المجالات المغناطيسية القطبية للشمس متزامنة إلى حد كبير". "إنهم قريبون جدًا من الصفر، لذا فهم ضعفاء جدًا، لكننا لسنا عند نقطة الانعكاس بعد."
سيمثل الانعكاس القطبي نقطة منتصف العملية التي بدأت في ديسمبر 2019 تقريبًا، عندما تكون الشمس في أهدأ حالاتها وبالكاد تكون هناك بقعة شمسية واحدة مرئية. في هذا الوقت، يتم ترتيب المجال المغناطيسي للنجم في ثنائي القطب أنيق نسبيًا، حيث يكون أحد القطبين موجبًا والآخر سالبًا.
ولكن على عكس المجال المغناطيسي للأرض أو المجال المغناطيسي، فإن مغناطيسية الشمس غير منتظمة وغير مستقرة إلى حد كبير، حتى خلال المرحلة ثنائية القطب. وقال تود هوكسيما، عالم الطاقة الشمسية بجامعة ستانفورد: "إنه ليس مجالًا مغناطيسيًا إيجابيًا موحدًا". "إنها تتكون من العديد من المناطق الصغيرة من التدفق المغناطيسي، ومعظمها قطبية واحدة وليس الأخرى. إنه تغيير ديناميكي." "
مرحلة ثنائي القطب عابرة. أثناء دوران الشمس، يتقلب المجال المغناطيسي الذي يبدو منظمًا ويتكثف. وترتفع المجالات المغناطيسية أيضًا نحو سطح الشمس، بالقرب من خط استواء الشمس عادةً، حيث تظهر على شكل بقع شمسية. تظهر البقع الشمسية داكنة لأن زيادة المغناطيسية تمنع نقل الحرارة إلى المنطقة، مما يخلق منطقة أكثر برودة حيث تتوهج البقع الشمسية بشكل أقل سطوعًا من بقية سطح الشمس.
وكل بقعة شمسية عبارة عن زوج، أحدهما ذو مغناطيسية إيجابية والآخر ذو مغناطيسية سلبية. مع اضمحلال البقع الشمسية، تتبدد معظم (وليس كل) هذه الأزواج المغناطيسية، تاركة فقط القليل من التدفق المغناطيسي المتبقي. عادة ما تكون هذه المغناطيسية المتبقية معاكسة للقطب المغناطيسي الموجود في نصف الكرة الشمسية. عندما تتحرك المادة حول الشمس، يتحرك هذا التدفق المغناطيسي المتبقي عادةً نحو الأقطاب المغناطيسية لنصف الكرة الأرضية، مما يؤدي غالبًا إلى إلغاء بعض المجال المغناطيسي الموجود هناك.
التدفق المغناطيسي المتبقي الناتج عن زوج من البقع الشمسية ليس له تأثير كبير من تلقاء نفسه، ولكن خلال الفترات الأكثر نشاطًا في الدورة الشمسية، يمكن للشمس بسهولة إنتاج 100 بقعة شمسية في وقت واحد. ومع تشكل كل هذه البقع الشمسية وانحسارها، تتراكم الشحنات الصغيرة المتبقية تدريجيًا عند القطبين وتلغي قطبيتها.
ومع ذلك، يمكن أن تتعثر العملية، اعتمادًا على نشاط الشمس وجوانب مجالها المغناطيسي التي لا يستطيع العلماء التنبؤ بها بعد. وقال أبتون عن التغيرات في المجال المغناطيسي للشمس: "لا يحدث ذلك بطريقة منظمة، إنها ليست وظيفة سلسة".
ولكن في هذه المرحلة، أدت عدة سنوات من نشاط البقع الشمسية إلى القضاء على الأقطاب المغناطيسية للنجم، والانعكاس على وشك الحدوث. وقال سانجاي جوسين، عالم الطاقة الشمسية في المرصد الوطني للطاقة الشمسية: "الشمس نشطة للغاية الآن". "إذا استمر الأمر على هذا النحو، أعتقد أنه في غضون ستة أشهر أو نحو ذلك، سنرى انقلابًا كاملاً للقطب المغناطيسي."
وينتظر العلماء بفارغ الصبر أن يروا كيف ستتطور عملية الانعكاس. "إنه ليس شيئًا لحظيًا، ولا يحدث في كل مكان في نفس الوقت. على سبيل المثال، خلال الدورة الشمسية الأخيرة، انعكست قطبية نصف الكرة الشمالي للشمس بدءًا من أوائل يونيو 2012 ثم تأرجحت حول الحياد حتى أواخر عام 2014، على الرغم من أن نصف الكرة الجنوبي قام بانتقال سلس إلى القطبية المعاكسة في منتصف عام 2013. هذا العام، يبدو أن الانتقال إلى القطبين أكثر توازنًا. أيهما سيذهب أولاً؛ إنه يشبه إلى حدٍ ما سباق الخيل."
ويقول العلماء إن انعكاس الأقطاب المغناطيسية للشمس عادة ما يبشر باقتراب الحد الأقصى للطاقة الشمسية وسيبدأ عدد البقع الشمسية في الانخفاض. ويتماشى هذا مع التوقعات السابقة بأن هذه الدورة الشمسية ستكون ضعيفة نسبيًا، على الرغم من أنها ربما تكون أقوى قليلاً من الدورة الشمسية الأخيرة التي بلغت ذروتها في أبريل 2014.
وقال أبتون: "يبدو الآن أن المجال المغناطيسي القطبي قد ينعكس في عام 2024. وقد يحدث الحد الأقصى للدورة الشمسية في عام 2024". "كل هذه ترتيبات قياسية ونموذجية إلى حد ما. وفي الواقع، تعمل الشمس بشكل جيد جدًا في هذه الدورة."
على مدى السنوات القليلة المقبلة، ستستمر البقع الشمسية في إضافة مغناطيسيتها المتبقية إلى مجموعة الشحنات الجديدة المتنامية في أقطاب الشمس، مما يعزز المجال المغناطيسي الجديد ويعيد إنشاء حالة ثنائي القطب التي شوهدت آخر مرة في عام 2019. وهذه المرة ستحدث حالة ثنائي القطب في مطلع ثلاثينيات القرن الحالي. وفي وقت قريب من الحضيض الشمسي، سيبدأ العلماء أيضًا في التنبؤ بما قد يحدث خلال الدورة الشمسية القادمة، والتي ستبلغ ذروتها في منتصف الثلاثينيات.
لكن العلماء ينتظرون الآن ليروا كيف يتطور هذا الانعكاس الشديد. وقال هوكسما: "من المثير للاهتمام دائما أن نرى كيف يتطور الأمر، فلن يحدث ذلك مرتين".