طور العلماء طريقة رائدة لقياس عتامة الإشعاع الشمسي في ظل الظروف القاسية باستخدام علم الزلازل الشمسية. لا يسلط هذا النهج المبتكر، المنشور في مجلة Nature Communications، الضوء على الفجوات في فهمنا للفيزياء الذرية فحسب، بل يؤكد أيضًا النتائج التجريبية الحديثة. تجلب هذه التطورات إمكانيات جديدة ومثيرة للفيزياء الفلكية والفيزياء النووية.
فحص باطن الشمس باستخدام الموجات الصوتية
علم الزلازل الشمسية هو دراسة التذبذبات الصوتية للشمس، مما يسمح للعلماء باستكشاف البنية الداخلية للنجوم بدقة كبيرة. ومن خلال تحليل هذه الموجات الصوتية، يمكن للباحثين تحديد الخصائص الرئيسية للبلازما الشمسية، بما في ذلك كثافتها ودرجة حرارتها وتركيبها الكيميائي. تعتبر هذه الأفكار حاسمة لفهم كيفية عمل الشمس وتطورها مع مرور الوقت. يحول هذا النهج الشمس بشكل أساسي إلى مختبر للفيزياء الفلكية الطبيعية، مما يوفر بيانات مهمة لتحسين النماذج النجمية وتعميق فهمنا لتكوين النجوم وتطورها في جميع أنحاء الكون.
فهم جديد لعتامة الإشعاع الشمسي
وفي دراسة دولية حديثة بقيادة جايل بولجن من جامعة لييج، طبق العلماء تقنيات الهليوسيزمية لقياس كيفية امتصاص البلازما العميقة للشمس للإشعاع عالي الطاقة بشكل مستقل. يقدم هذا البحث الرائد رؤى جديدة حول عتامة الإشعاع الشمسي، وهو عامل رئيسي في فهم كيفية تفاعل المادة والإشعاع في الظروف القاسية للقلب الشمسي.
تتوافق النتائج مع ملاحظات المؤسسات الشهيرة مثل مختبرات سانديا الوطنية والأبحاث الجارية في مختبر ليفرمور الوطني، بينما تسلط الضوء أيضًا على الفجوات في فهمنا للفيزياء الذرية. والجدير بالذكر أن الدراسة كشفت عن اختلافات في التنبؤات النظرية من قبل فرق من مختبر لوس ألاموس الوطني، وجامعة ولاية أوهايو، ومركز أبحاث CEA ساكلاي في باريس، فرنسا، مما يؤكد الحاجة إلى مزيد من البحث.
دقة النمذجة النجمية غير مسبوقة
استفاد فريق البحث من خبرة ULiège في علم الزلازل الشمسية والنمذجة النجمية واستخدم الأدوات الرقمية المتقدمة التي تم تطويرها في المدرسة. يشرح جايل بولدجن: "من خلال الكشف عن الموجات الصوتية الشمسية بدقة لا مثيل لها، يمكننا إعادة بناء الخصائص الداخلية للنجوم، تمامًا كما نستنتج خصائص الآلة الموسيقية من الصوت الذي تصدره".
إن دقة القياسات الهليوسيزمية غير عادية: فهي تسمح لنا بتقدير كتلة سنتيمتر مكعب من المادة الموجودة داخل الشمس بدقة تتجاوز دقة مقياس المطبخ عالي الدقة، دون رؤية المادة أو لمسها على الإطلاق. تم تطوير علم النشاط الشمسي في نهاية القرن العشرين ولعب دورًا مهمًا في تقدم الفيزياء الأساسية. وعلى وجه الخصوص، فقد ساهم في اكتشافات كبرى مثل تذبذبات النيوترينو، والتي تم الاعتراف بها من خلال جائزة نوبل لعام 2015. وتشير هذه التطورات إلى أن أصل هذه الظاهرة لا يمكن أن يعزى إلى النماذج الشمسية. ومع ذلك، مع مراجعة التركيب الكيميائي للشمس عام 2009 (المؤكدة في عام 2021)، ستظل هناك حاجة إلى إجراء تعديلات. خلقت هذه المراجعة أزمة للنماذج الشمسية، التي لم تعد متسقة مع ملاحظات الهليوسيزمية.
ولمواجهة هذا التحدي، طورت جامعة لييج أدوات متقدمة، في البداية كجزء من أعمال الدكتوراه ثم تم إثراؤها لاحقًا من خلال التعاون الدولي في برمنغهام وجنيف. تتيح هذه الأدوات إمكانية إعادة فحص الظروف الديناميكية الحرارية الداخلية للشمس وإعادة النظر في الأسئلة التي تجاهلها المجتمع العلمي في السابق. وفي الوقت نفسه، سلط العمل الذي أجراه جيمس بيلي من مختبرات سانديا الوطنية في عام 2015 الضوء على الدور الحاسم لعتامة الإشعاع. أظهرت القياسات التجريبية الأولية اختلافات كبيرة عن التوقعات النظرية وقوبلت ببعض الشكوك.
توجيه التجارب والأبحاث المستقبلية
توفر قياسات الهليوسيزمية الحالية تأكيدًا قيمًا وتجعل من الممكن تحديد مناطق درجة الحرارة والكثافة والطاقة التي يجب أن تركز عليها هذه التجارب من أجل إعادة إنتاج الظروف الشمسية بشكل أفضل. علاوة على ذلك، في حين أن تجارب الآلة Z ذات قيمة كبيرة، إلا أن تكاليف الطاقة والتكاليف المالية باهظة. من ناحية أخرى، توفر قياسات الهليززمية خيارًا تكميليًا اقتصاديًا مع توجيه المجرب أيضًا إلى النافذة المثالية للقياسات المختبرية.
البحث له آثار أبعد من النمذجة النجمية. إنه يحسن دقة النماذج النظرية المستخدمة لتقدير أعمار وكتل النجوم والكواكب الخارجية، مما يساهم في فهمنا لتطور المجرة والمجموعات النجمية.
"تعد الشمس معايرًا مهمًا لتطور نجمنا والمختبر المفضل لاكتشاف ما إذا كنا نسير على الطريق الصحيح. وتزداد أهمية هذه النتائج ونحن نستعد لإطلاق القمر الصناعي PLATO في عام 2026، والذي يتمثل أحد أهدافه في توصيف النجوم من النوع الشمسي بدقة من أجل العثور على كواكب أرضية صالحة للسكن. والأكثر من ذلك، فإن هذه النتائج لها صدى في سياق الاندماج النووي، حيث تظل الشمس مفاعل الاندماج الوحيد المستقر في النظام الشمسي". وأضاف جايل بولدجن: "إن تحسين فهمنا للظروف داخل الشمس له آثار مباشرة على أبحاث طاقة الاندماج، وهي قضية رئيسية في تطوير حلول الطاقة النظيفة".
تسلط هذه النتائج الضوء على الحاجة إلى تحسين النماذج الذرية الحالية لمراعاة التناقض بين الملاحظات التجريبية والحسابات النظرية. ستعيد هذه التطورات تعريف فهمنا لتطور النجوم والعمليات الفيزيائية التي تحكم بنية النجوم وتطورها. يؤكد هذا البحث مكانة جامعة لييج في طليعة علوم الفيزياء الفلكية ويوضح الدور الرئيسي لعلم الطاقة الشمسية في كشف أسرار الكون.
تم تجميعها من /ScitechDaily