يشير الباحثون الذين يدرسون النجوم الشبيهة بالشمس بالإضافة إلى الأدلة التاريخية من حلقات الأشجار والجليد الجليدي إلى أن الأحداث الشمسية المتطرفة، بما في ذلك التوهجات الفائقة، تحدث بشكل متكرر أكثر مما كان يعتقد سابقًا. وتشير النتائج المستمدة من بيانات آلاف النجوم التي رصدها كيبلر، إلى أن العواصف الشمسية العنيفة هي جزء طبيعي من النشاط الشمسي، مما يؤكد الحاجة إلى التنبؤ الفعال بالطقس الفضائي وحماية البنية التحتية التكنولوجية للأرض.
تعتبر الشمس نجمًا غير مستقر، كما يتضح من العواصف الشمسية القوية بشكل غير عادي هذا العام، والتي أنتجت شفقًا مذهلًا حتى عند خطوط العرض المنخفضة. ولكن هل سيصبح نجمنا أكثر تطرفا؟ يتم الاحتفاظ بأدلة حول الانفجارات الشمسية الأكثر عنفًا في حلقات الأشجار القديمة والجليد الجليدي التي يعود تاريخها إلى آلاف السنين. ومع ذلك، فإن هذه السجلات الطبيعية لا توفر سوى أدلة غير مباشرة، مما يجعل من الصعب تحديد عدد مرات حدوث مثل هذه الأحداث. لم يكن القياس المباشر للإشعاع الشمسي ممكنًا إلا منذ بداية عصر الفضاء.
ومن أجل فهم أفضل لسلوك الشمس على المدى الطويل، لجأ العلماء إلى النجوم. تراقب التلسكوبات الفضائية الحديثة آلاف النجوم، وتتتبع التغيرات في سطوعها مع مرور الوقت. تظهر التوهجات الفائقة، التي تطلق أكثر من كوادريليون جول من الطاقة في فترة زمنية قصيرة، على شكل طفرات في هذه الملاحظات.
"لا يمكننا مراقبة الشمس لآلاف السنين"، يوضح مدير MPS والمؤلف المشارك البروفيسور سامي سولانكي، موضحًا الفكرة الأساسية وراء التحقيق. وأضاف: "ومع ذلك، يمكننا مراقبة سلوك آلاف النجوم المشابهة جدًا لشمسنا خلال فترات زمنية قصيرة. وهذا يساعدنا في تقدير عدد مرات حدوث التوهجات الفائقة".
في الدراسة الحالية، قام فريق يضم باحثين من جامعة غراتس (النمسا)، وجامعة أولو (فنلندا)، والمرصد الفلكي الوطني الياباني، وجامعة كولورادو بولدر (الولايات المتحدة الأمريكية)، بالإضافة إلى لجنة باريس ساكلاي للطاقات الذرية والبديلة وجامعة المدينة في باريس، بتحليل بيانات عن 56450 نجمًا شبيهًا بالشمس تمت مراقبتها بواسطة تلسكوب كيبلر الفضائي التابع لناسا بين عامي 2009 و2009. 2013. قال البروفيسور ألكسندر شابيرو من جامعة غراتس: "إن بيانات كيبلر تعطينا دليلاً على النشاط النجمي على مدى 220 ألف سنة".
المفتاح لهذه الدراسة هو الاختيار الدقيق للنجوم التي يجب مراعاتها. بعد كل شيء، يجب أن يكون النجم المختار "قريبا" وثيقا بشكل خاص للشمس. ولذلك، يقبل العلماء فقط النجوم ذات درجات حرارة سطحية وسطوع مماثلة لتلك الموجودة في الشمس. واستبعد الباحثون أيضًا العديد من مصادر الخطأ، مثل الإشعاع الكوني، والكويكبات أو المذنبات المارة، والنجوم غير الشبيهة بالشمس التي قد تنفجر عن طريق الخطأ بالقرب من النجوم الشبيهة بالشمس في صور كبلر. وللقيام بذلك، قام الفريق بتحليل كل صورة للتوهج الفائق المحتمل بعناية (بحجم بضع بكسلات فقط) وأحصى فقط تلك الأحداث التي يمكن أن تُنسب بشكل موثوق إلى أحد النجوم المختارة.
وبهذه الطريقة، وجد الباحثون 2889 توهجًا عظيمًا على 2527 نجمًا من أصل 56450 نجمًا تم رصدهم. وهذا يعني أنه في المتوسط، ينتج النجم الشبيه بالشمس توهجًا فائقًا مرة كل مائة عام تقريبًا.
قال المؤلف المشارك الدكتور ألان ساشا برون من لجنة باريس ساكلاي للطاقات الذرية والبديلة وجامعة باريس سايت: "إن حسابات الدينامو عالية الأداء لهذه النجوم الشبيهة بالشمس تفسر بسهولة الأصل المغناطيسي لإطلاق الطاقة المكثفة خلال مثل هذه التوهجات الفائقة".
من المستغرب في كثير من الأحيان
قال المؤلف الأول الدكتور فاليري فاسيليف من MPS: "لقد فوجئنا للغاية بأن النجوم الشبيهة بالشمس تتعرض لتوهجات خارقة بشكل متكرر". وقد وجدت التحقيقات السابقة التي أجرتها مجموعات بحثية أخرى أن التوهجات الفائقة تحدث في المتوسط ما بين ألف وحتى 10000 سنة. ومع ذلك، لم تتمكن الدراسات السابقة من تحديد المصدر الدقيق للتوهجات المرصودة واضطرت إلى قصر دراساتها على النجوم التي لم يكن لها جيران قريبون جدًا في الصور التلسكوبية. الدراسة الحالية هي الأكثر دقة وحساسية حتى الآن.
كما أظهرت الدراسات التي تبحث عن أدلة على العواصف الشمسية العنيفة التي تؤثر على الأرض أن متوسط الوقت بين الأحداث الشمسية الشديدة أطول. عندما يكون تدفق الجسيمات النشطة من الشمس مرتفعًا بشكل خاص، فإنها تنتج ذرات مشعة يمكن اكتشافها مثل نظير الكربون المشع 14C. يتم بعد ذلك ترسيب هذه الذرات في المحفوظات الطبيعية مثل حلقات الأشجار والجليد الجليدي. لذلك، حتى بعد مرور آلاف السنين، يمكن استنتاج التدفق المفاجئ للجزيئات الشمسية عالية الطاقة من خلال قياس كمية 14 درجة مئوية باستخدام التكنولوجيا الحديثة.
وبهذه الطريقة، تمكن الباحثون من تحديد خمسة أحداث متطرفة للجسيمات الشمسية وثلاثة أحداث مرشحة على مدار الـ 12 ألف عام الماضية من عصر الهولوسين، بمتوسط معدل حدوث واحد كل 1500 عام. يُعتقد أن أعنف تلك الأحداث قد حدث في عام 775 م. ومع ذلك، فمن المحتمل أن العديد من أحداث الجسيمات العنيفة والتوهجات الفائقة قد حدثت في الماضي. "لا يزال من غير الواضح ما إذا كانت التوهجات العملاقة تكون مصحوبة دائمًا بانبعاثات جماعية إكليلية، وما هي العلاقة بين التوهجات الفائقة وأحداث الجسيمات الشمسية الشديدة. وهذا يتطلب مزيدًا من الدراسة"، كما أشار البروفيسور إيليا أوسوسكين، المؤلف المشارك من جامعة أولو بفنلندا. ولذلك، فإن النظر إلى الأدلة الأرضية للأحداث الشمسية المتطرفة الماضية قد يقلل من وتيرة التوهجات الفائقة.
التنبؤ بالطقس الفضائي الخطير
ولم تكشف الدراسة الجديدة متى ستندلع الشمس مرة أخرى. ومع ذلك، فإن النتائج تحث على الحذر. وقالت الدكتورة ناتالي كريفوفا، المؤلفة المشاركة في MPS: "إن البيانات الجديدة هي تذكير واضح بأنه حتى الأحداث الشمسية الأكثر تطرفًا هي جزء من النشاط الطبيعي للشمس". كان حدث كارينغتون عام 1859 أحد أعنف العواصف الشمسية خلال المائتي عام الماضية، والتي انهارت خلالها شبكات التلغراف في معظم أنحاء شمال أوروبا وأمريكا الشمالية. تشير التقديرات إلى أن التوهجات المصاحبة تطلق طاقة بنسبة واحد بالمائة فقط من التوهجات الفائقة. واليوم، بالإضافة إلى البنية التحتية على سطح الأرض، أصبحت الأقمار الصناعية معرضة للخطر أيضًا.
ولذلك، فإن الاستعداد الأكثر أهمية للعواصف الشمسية الشديدة هو التنبؤات الموثوقة وفي الوقت المناسب. على سبيل المثال، يمكن إيقاف تشغيل الأقمار الصناعية كإجراء وقائي. بدءًا من عام 2031، سيساعد المسبار الفضائي Vigil التابع لوكالة الفضاء الأوروبية في جهود التنبؤ. ومن موقعه المتميز في الفضاء، سيشاهد الشمس من الجانب ويكتشف العمليات التي يمكن أن تؤدي إلى طقس فضائي خطير يختمر على كوكبنا في وقت أبكر بكثير مما تفعله المجسات الأرضية. تعمل MPS حاليًا على تطوير أجهزة تصوير قطبية ومغناطيسية لهذه المهمة.
تم تجميعها من / scitechdaily