نموذج جديد للتنبؤ الدقيق بالعواصف الشمسية وتأثيرها على الطقس الفضائي

يعتمد نموذج جديد على فهم أعمق لكيفية تسارع وتحرر جسيمات الرياح الشمسية، مما يوفر تنبؤات دقيقة بالعواصف الشمسية وتأثيراتها، تم اختبار هذا النموذج باستخدام بيانات حقيقية لأحداث شمسية، مما يسهم في تحسين فهمنا للظواهر الفضائية.

فهم الرياح الشمسية وعلاقتها بالأشعة الكونية

الشمس عبارة عن كرة ملتهبة من الغاز تتكون بشكل رئيسي من الهيدروجين والهيليوم، تصل درجة حرارة سطحها وغلافها الخارجي إلى مستويات مذهلة تتراوح بين 10,000 و3.6 مليون درجة فهرنهايت، يؤدي هذا الحرارة الهائلة إلى إطلاق الشمس تدفقاً مستمراً من البلازما، وهي جسيمات مشحونة مثل البروتونات والإلكترونات، التي تمتلك طاقة كافية للتغلب على جاذبية الشمس والاندفاع إلى الفضاء كرياح شمسية، يساعد دراسة تفاعل هذه الرياح مع انفجارات الطاقة الشمسية على فهم أعمق للأشعة الكونية الناتجة عن انفجارات المستعرات العظمى.

ابتكار نموذج جديد لتسريع الجسيمات الشمسية

طور توماس دو، طالب الدراسات العليا في علم الفلك بجامعة ولاية ميشيغان، نموذجاً جديداً لتوقع تسارع الجسيمات الشمسية تحت ظروف متنوعة لم تكن مشمولة في الدراسات السابقة، يسعى هذا النموذج لتحسين التنبؤ بالعواصف الشمسية، التي قد تسبب اضطرابات للتكنولوجيا الفضائية.

بدأ دو أبحاثه حول الجسيمات المشحونة منذ ثلاث سنوات خلال مشروع بحثي في مركز هارفارد-سميثسونيان للفيزياء الفلكية، ركز عمله على كيفية تسارع الجسيمات المشحونة أثناء تفاعلها مع الانفجارات الشمسية الضخمة المعروفة باسم الإطلاق الكتلي الإكليلي (Coronal Mass Ejections)، عندما تكون هذه الانفجارات شديدة السرعة، فإنها تُحدث موجات صدمية تسهم في تسريع الجسيمات.

موجات الصدمة وتسارع الجسيمات

صرّح دو قائلاً: "عند اندفاعها من الشمس، تتفاعل موجات الصدمة مع الجسيمات المشحونة، مما يكسبها طاقة إضافية".

ومع اكتسابها للطاقة، تتحرك هذه الجسيمات بسرعة أكبر باتجاه الفضاء والأرض، في بعض الحالات، تتسارع الجسيمات لدرجة أنها تتجاوز موجة الصدمة وتخرج إلى الكون.

توسيع نطاق النموذج السابق

استناداً إلى نموذج طوره العالم فيديريكو فراشيتّي عام 2021، قام دو بتحديث النموذج ليشمل نطاقاً أوسع من الطاقات، أوضح فراشيتّي أن النموذج القديم كان يركز فقط على الجسيمات عالية الطاقة، بينما يُظهر النموذج الجديد كيف يمكن للجسيمات منخفضة الطاقة أيضاً أن تتحرر من موجة الصدمة.

وقال دو: "نحاول جعل النموذج أكثر واقعية من خلال السماح لمزيد من الجسيمات بالتحرر".

اختبار النموذج باستخدام بيانات حقيقية

في 5 سبتمبر 2022، سجلت مركبة باركر سولار بروب التابعة لوكالة ناسا بيانات حاسمة خلال انفجار شمسي ضخم، قامت المركبة بقياس سرعة الجسيمات ودرجة حرارتها أثناء اصطدام موجة الصدمة بها.

صرح فراشيتّي: "كانت هذه لحظة مثالية لاختبار نموذجنا". وأكدت البيانات أن النموذج الجديد يتطابق مع تسارع الجسيمات عبر نطاقات طاقة متعددة.

تأكيد التوقعات وتطبيقات مستقبلية

أكد فراشيتّي: "أثبت النموذج دقة توقعاتنا لما يحدث في موجات الصدمة القريبة من الشمس"، وأضاف دو: "يمكن استخدام هذا النموذج في مجالات بحثية أخرى تشمل الجسيمات المشحونة في الفضاء".

يمثل هذا النموذج خطوة كبيرة نحو تحسين التنبؤ بالعواصف الشمسية، مما يعزز قدرتنا على حماية التكنولوجيا الفضائية من آثارها المحتملة.