اقترح العلماء طريقة جديدة للتنبؤ بطقس الفضاء. التنبؤ بالطاقة الشمسية على المدى الطويل بداية الدورة الشمسية 25

23:40 25.11.2018

تمر الشمس خلال الدورة الشمسية على الأقل.

يمر النشاط الشمسي حاليًا بأدنى نقطة في دورة 11 عامًا. يتضح هذا من خلال البيانات المأخوذة من الملاحظات الفضائية والأرضية للسطح الشمسي ، بالإضافة إلى أجهزة مراقبة التوهج الشمسي ، التي سجلت أدنى مستوى من النشاط الشمسي في العقد الماضي.

تعد الطبيعة الدورية للنشاط الشمسي واحدة من الحقائق الأكثر موثوقية حول نجمنا ، والمعروفة منذ منتصف القرن التاسع عشر. في البداية ، تم اكتشافه من خلال الزيادة الدورية والنقصان في عدد البقع الشمسية ، وتم تأكيده لاحقًا من خلال قياسات عدد التوهجات وسرعة الرياح الشمسية وخصائص أخرى للشمس كنجم. يبلغ متوسط ​​خطوة تغيير هذه الخصائص 11 عامًا ، لكن لها حدودًا واسعة إلى حد ما. في التاريخ ، تُعرف كل من الدورات الأقصر التي تدوم من 9 إلى 10 سنوات فقط ، والدورات الطويلة التي تتراوح مدتها من 12 إلى 13 عامًا. يتغير اتساع الدورة أيضًا - من الدورات الكبيرة للغاية ، التي لوحظت ، على سبيل المثال ، في منتصف القرن العشرين ، إلى الدورات الضعيفة جدًا ، المسجلة في مطلع القرنين الثامن عشر والتاسع عشر. من الممكن أن يكون هناك المزيد من التغييرات العالمية التي تلتقط حقبًا تاريخية بأكملها ، ولكن لمثل هذه الدراسات لا توجد معلومات أثرية وجيولوجية كافية موثوقة.

يُظهر العقد الثاني من القرن الحادي والعشرين نشاطًا شمسيًا منخفضًا حتى الآن. انعكس الحد الأقصى للطاقة الشمسية ، الذي تم تمريره في عام 2012 ، على الرغم من العديد من السيناريوهات المروعة ، مع الإشارة إلى تقويمات المايا ، في السينما. تبين أن فيلم "2012" من أضعف الأفلام في التاريخ الحديث. أدى هذا إلى ظهور تنبؤات متضاربة ، من المخاوف من أن الشمس ستسقط في الحد الأدنى الجديد من Maunder (فترة نشاط منخفض للغاية في النصف الثاني من القرن السابع عشر ، بالتزامن مع العصر الجليدي الصغير على الأرض) ، والعكس بالعكس. سيناريوهات أن الطاقة التي لم تجد منفذًا في هذا الحد الأقصى ، سيتم إطلاقها في اليوم التالي ، مما يؤدي إلى تسجيل رشقات نارية من النشاط.

كالعادة ، لا يمكن الإجابة على من كان على حق إلا بمرور الوقت ، ويبدو أنها آتية تدريجيًا. بناءً على قياسات الأشعة السينية من الشمس ، تتطابق حالة نجمنا حاليًا مع أنماط النقطة المنخفضة للدورة. بشكل غير مباشر ، يتضح هذا أيضًا من خلال قياسات عدد التوهجات الشمسية. إذا كان هناك في عام 2016 286 شعلة من المستوى C وما فوق (النقطة التي يمكن أن تؤثر منها الأحداث على الأرض) على الشمس ، و 223 توهجًا في عام 2017 ، ففي 2018 الحالي ، حدث 13 توهجًا فقط خلال 10.5 شهرًا الماضية. علاوة على ذلك ، تم تسجيل آخرهم في 6 يوليو 2018 ، أي منذ أكثر من 4 أشهر. بعبارة أخرى ، يبدو أن الشمس قد غرقت الآن في قاع الدورة الشمسية وتمر عبر أدنى نقطة لها ، حيث يتم كسر اتجاه النشاط الشمسي. في الوقت الحالي ، يجب أن تبدأ الحقول المغناطيسية الأولى لدورة جديدة في التكون تحت سطح الشمس على عمق حوالي 0.5 مليون كيلومتر ، والتي سترتفع تدريجياً من هذا العمق الهائل لعدة أشهر حتى تخترق السطح وتبدأ في حذافة جديدة من التوهجات الشمسية.

الفترة المعتادة بين النقطة الدنيا من الدورة وبداية نمو النشاط الشمسي هي الفترة من ستة أشهر إلى سنة. وعليه ، يمكن توقع بداية نمو النشاط الشمسي في النصف الثاني من عام 2019. بعد ذلك ، على وجه الخصوص ، استنادًا إلى الأشهر الأولى من الملاحظات ، سيكون من الممكن استخلاص استنتاج أولي حول مدى انحدار منحنى نمو النشاط وأي من السيناريوهات الخاصة بالدورة المستقبلية يتم تنفيذها. ومع ذلك ، نظرًا لأن بعض هذه السيناريوهات تشير إلى بداية حد أدنى جديد من Maunder ، مما يعني تجميد آلية الدورات الشمسية لعقود ، أولاً ، على الأقل ، يجب على المرء الانتظار حتى تخرج الشمس من الحد الأدنى الحالي.

تظهر الشمس علامات بداية دورة جديدة من النشاط.

تم ملاحظة العلامات الأولى التي تشير إلى اقتراب دورة جديدة من النشاط الشمسي على الشمس خلال الأسبوعين الماضيين. هذه العلامات هي مجالات مغناطيسية ذات اتجاه مختلف ، تختلف عن تلك التي لوحظت في السنوات الـ 11 الماضية ، والتي بدأت تظهر في نصف الكرة الشمالي للشمس على مسافة كبيرة من خط الاستواء.

على الرغم من أن معظم الناس ينظرون إلى الدورة الشمسية على أنها تغيير في عدد التوهجات الشمسية والعواصف المغناطيسية ، إلا أنها بالتأكيد ذات طبيعة أكثر تعقيدًا. على وجه الخصوص ، نظرًا لأن التوهجات هي انفجارات (أي إطلاق الطاقة في الواقع) ، فمن المعقول أن نتساءل ، أين تتراكم هذه الطاقة؟ تعتبر الإجابة على هذا السؤال ثابتة - تتراكم الطاقة في المجال المغناطيسي للشمس. وبما أن تراكم الطاقة ، بالطبع ، يجب أن يسبق إطلاقه ، فإن التغييرات في المجال المغناطيسي يجب أن تسبق التوهجات الشمسية. هذا هو ما يحدث. على وجه الخصوص ، تعتبر ملاحظات ديناميكيات الحقول المغناطيسية على الشمس هي الطريقة الرئيسية للتنبؤ بنشاط التوهج.

لهذا السبب ، من السهل تخمين أنه خلف دولاب الموازنة العالمي لمدة 11 عامًا لتغيير ترددات التوهج ، يجب إخفاء دولاب الموازنة للتغييرات في المجال المغناطيسي الشمسي. في الواقع ، توجد مثل هذه الحذافة على الشمس ، وتسمى آلية الدينامو. بسبب دوران الشمس ، فإن خطوط المجال المغناطيسي ، كما كانت ، تلف حولها مثل الخيوط على كرة ، مما يزيد من شدتها ، ثم تصل إلى الحد الأقصى ، ثم تبدأ بعد توقف قصير (نشاط الذروة) للدوران في الاتجاه المعاكس. عند الاسترخاء بهذه الطريقة ، يمرون عبر الحد الأدنى ويستمرون في الدوران في اتجاه جديد دون التوقف إلى الحد الأقصى التالي. إذا تخيلت هذه الصورة ، فيمكنك أن تفهم أنه في أدنى دورة شمسية ، لا يمر المجال المغناطيسي العالمي للشمس عبر الصفر فحسب ، بل يغير اتجاهه. هذا التغيير هو علامة على البداية الوشيكة لدورة جديدة. في الوقت نفسه ، هناك ميزة أخرى ليس من السهل شرحها بدون استخدام الصيغ الفيزيائية ، ولكنها أيضًا مثبتة بشكل موثوق - تختفي حقول الاتجاه القديم دائمًا بالقرب من خط الاستواء الشمسي ، وتظهر دائمًا حقول جديدة ذات اتجاه مختلف عند خطوط العرض العليا ، وكلما كانت أعلى ، تعتبر الأقوى دورة جديدة.

تم تسجيل المنطقة الأولى من مجال مغناطيسي من اتجاه مختلف على الشمس في 8 نوفمبر وظلت موجودة لمدة يوم تقريبًا ، مما سمح باحتمال أن يكون هذا حادثًا. في 17 نوفمبر ، عند نفس خطوط العرض العليا تقريبًا ، ظهر تدفق مغناطيسي جديد بنفس الاتجاه (العكسي). في الوقت الحالي ، تم تدميره تقريبًا ، لكن لا تزال آثاره مرئية على قرص الشمس. بشكل عام ، فإن سلوك نجمنا هذه الأيام يشبه إلى حد بعيد المرحلة التي تسبق دائمًا بداية الدورة. والسبب في هذا السلوك "الخجول" هو أن الحقول المغناطيسية على الشمس تتشكل على عمق كبير جدًا وتظهر ببطء شديد وبشكل تدريجي. نتيجة لذلك ، عادة ما يسبق الارتفاع الهائل للمجال ظهور جزر مغناطيسية صغيرة - وهي المناطق الأولى التي اخترقت سمك البلازما الشمسية بعمق يزيد عن 200 ألف كيلومتر. علاوة على ذلك ، هناك عدة سيناريوهات ممكنة ، من بينها الظهور السريع (في غضون نصف عام أو عام) للتدفقات المغناطيسية الرئيسية الجديدة والإطلاق النبضي لحدافة التوهج. ومع ذلك ، من الممكن أيضًا حدوث زيادة بطيئة في النشاط ، عندما تتعطل الشمس عند نقطة منخفضة لمدة سنتين أو ثلاث سنوات. على أي حال ، إذا لم يكن ظهور تيارات جديدة من قبيل الصدفة ، فيمكننا أن نستنتج أن الفيزياء الأساسية للنشاط الشمسي تعمل بشكل صحيح ، وأن الظروف لدورة جديدة قد تشكلت بالفعل في مكان ما في الأعماق الخفية لنجمنا. يبقى فقط الانتظار بسرعة وبأي شدة ستظهر على السطح.

موسكو ، 15 يونيو - ريا نوفوستي.قد ينخفض ​​النشاط الشمسي في العشرين إلى الثلاثين عامًا القادمة بشكل حاد ، مما قد يؤدي إلى تكرار ما يسمى بـ "الحد الأدنى من Maunder" - وهو أطول انخفاض في النشاط الشمسي من 1645 إلى 1715 ، والذي يرتبط بـ "العصر الجليدي الصغير" في أوروبا.

توصلت ثلاث مجموعات علمية عرضت نتائج دراساتها عن الهالة الشمسية وسطحها وبنيتها الداخلية في مؤتمر لعلماء الفلك الشمسي في جامعة نيو مكسيكو في لاس كروسيس ، إلى استنتاج مفاده أن الدورة الخامسة والعشرين التالية للنشاط الشمسي يمكن إضعافها بشكل كبير ، أو سيتم تخطيها تمامًا.

يقول فرانك هيل (فرانك هيل) من المرصد الوطني للطاقة الشمسية في نيو مكسيكو.

تشير آخر 400 عام من الملاحظات عن الشمس إلى أن النجوم لدينا يمرون بفترات متناوبة من النمو وانخفاض النشاط ، مع استبدال بعضها البعض بفترة 11 عامًا تقريبًا.

خلال فترة النشاط المتزايد على الشمس ، تحدث التوهجات في كثير من الأحيان ، وتظهر "ثقوب إكليلية" - مناطق تزداد سرعة الرياح الشمسية - وقذف البلازما ، مما يسبب عواصف مغناطيسية على الأرض. المؤشر الرئيسي لمستوى النشاط هو عدد البقع الشمسية - وهي مناطق مظلمة وباردة نسبيًا تتشكل حيث تخرج "أنابيب" مجال مغناطيسي قوي جدًا على "سطح" النجم. تظهر البقع الشمسية في كثير من الأحيان في الحد الأقصى للنشاط ، وأقل كثيرًا - في الشمس "الهادئة".

الدورة الجديدة مصحوبة بتغيير في قطبية المجال المغناطيسي الشمسي.

تميزت الدورة الشمسية الثالثة والعشرون السابقة (بدأ ترقيمها في عام 1750 بواسطة مرصد زيورخ) بحد أدنى قياسي عميق. أصبح عدد الأيام الخالية من البقع هو الأكبر منذ بداية القرن التاسع عشر. في الوقت نفسه ، كان ارتفاع النشاط في الدورة الرابعة والعشرين الجديدة "منحدرًا" للغاية ، ونمو النشاط الشمسي ، وفقًا للعلماء ، متأخر عن "الجدول الزمني" بنحو ثلاث سنوات.

هل الشمس تذهب للنوم؟

وجد العلماء الذين يدرسون ديناميات التغيرات في المجال المغناطيسي للشمس أن العلامات التي تشير عادةً إلى بداية ظهور بقع دورة جديدة غائبة أو يتم التعبير عنها بشكل ضعيف. وفقًا للباحثين ، فإن الدورة التالية من النشاط الشمسي إما "تتأخر" حتى عام 2022 ، أو أنها ببساطة لن تحدث.

وفقًا للمفاهيم الحديثة ، تغير الشمس شدة الإشعاع المنبعث بشكل أساسي تحت تأثير تقلبات المجال المغناطيسي. يتغير بسبب حقيقة أن البلازما التي تشكل مادة النجم تدور حول لب النجم بسرعات مختلفة عند خطوط عرض مختلفة - أسرع عند خط الاستواء ، وأبطأ بكثير بالقرب من القطبين (حتى 30٪).

هذا يولد اضطرابات مغناطيسية مؤقتة تمنع التبادل الطبيعي للبلازما بين الطبقات الخارجية والداخلية للنجم. نتيجة لذلك ، يتم تبريد هذه المناطق بشكل كبير ، مما يفسر انخفاض شدة الإشعاع وتغميق سطح الشمس المرئي في هذه المناطق.

سجل علماء الفلك عدة علامات تسمح لهم بالتنبؤ بانخفاض ملحوظ في النشاط الشمسي في الدورة التالية. وجدت مجموعة بقيادة هيل أن التذبذبات الدورانية لتدفقات البلازما ، التي سبقت تكوين الاضطرابات المغناطيسية ، لم تظهر في الوقت المناسب.

وجد فريق ثان من العلماء من مرصد كيت بيك الوطني أن متوسط ​​شدة المجال المغناطيسي قد انخفض بمقدار 50 جاوس سنويًا على مدار الدورتين السابقتين من النشاط الشمسي (1 جاوس هي وحدة مجال مغناطيسي تتوافق مع قوة المجال المغناطيسي). المجال المغناطيسي للأرض).

وفقًا لمات بن وويليام ليفينجستون ، إذا استمر هذا الاتجاه ، وانخفضت شدة المجال إلى أقل من 1500 جاوس - الحد الأدنى للاكتشاف - فلن تظهر البقع نظرًا لحقيقة أن الاضطرابات المغناطيسية لن تكون قادرة على التدخل في مسألة التبادل بين الطبقات الداخلية الساخنة والطبقات الخارجية الباردة.

وجدت مجموعة ثالثة من علماء الفلك أن الزيادة السريعة في قوة المجال المغناطيسي في أقطاب الشمس ، والتي تسبق التغيير من دورة نشاط شمسي إلى أخرى ، وهذه المرة قد لا تكون قوية بما يكفي لتحل محل الدورة القديمة بـ واحد جديد. سيؤدي هذا ، كما كتب ريتشارد ألتروك من المرصد الوطني للطاقة الشمسية ، إلى مشكلة نظرية خطيرة ، لأن الأفكار الحالية لا تنص على وجود مركزين للنشاط المغناطيسي على الشمس.

كتب جيل: "إذا كانت النتائج التي توصلنا إليها صحيحة ، فإن الحد الأقصى القادم من الطاقة الشمسية سيكون آخر ما نراه خلال العقود القليلة القادمة. ستؤثر هذه الظاهرة على كل شيء من استكشاف الفضاء إلى المناخ على الأرض".

لا تتسرع

يعتقد عالم الفيزياء الشمسية الروسي سيرجي بوجاتشيف من معهد ليبيديف للفيزياء أن الزملاء الأمريكيين كانوا متسرعين بعض الشيء في الاستنتاجات. ووفقا له ، فإن الدورة الحالية لا تتطور بالفعل كما هو متوقع ، ولكن من السابق لأوانه القول إنها ستكون غير طبيعية.

وقال العالم في مقابلة مع وكالة ريا نوفوستي: "ليس من الممكن بعد القول إن شيئًا شاذًا يحدث. يمكن توقع أن تكون الدورة غير عادية ، لكن حتى الآن لا شيء يقول أنها ستكون غير طبيعية".

وفقًا له ، يمكنك أن ترى بالعين المجردة كيف زاد النشاط من 2009 إلى 2011 ، والانحرافات عن القيم المتوقعة تتناسب مع المتوسط.

"هناك نمو - وهذا واضح. إنه واضح تمامًا ، ويمكن للمرء أن يجادل فقط حول سرعة هذا النمو. وانطباعي هو أنه يتباطأ بنحو ضعفين مقارنة بمعدل النمو الطبيعي للدورة ، ولكن بشكل عام ، هذا يتناسب مع مجموعة متنوعة من الدورات التي تمت ملاحظتها على مدار 260 عامًا الماضية ، "قال بوجاتشيف.

بدورها ، قالت الدكتورة إيفا روبريخت (Eva Robbrecht) من قسم الفيزياء الشمسية في المرصد الملكي البلجيكي لـ RIA Novosti أنه "لا يوجد دليل قوي بما فيه الكفاية على أن الشمس تدخل في حالة سبات."

"نحن لا نفهم آلية" الدينامو الشمسي "جيدًا لإصدار مثل هذه العبارات. وبنفس الطريقة ، يمكننا أن نفترض أنه في الدورات الماضية شهدت الشمس" حدًا أقصى عظيمًا "وتعود الآن إلى المستوى المتوسط ​​( نشاط) "، - قال المحاور من الوكالة.

على وجه الخصوص ، لاحظت أن بيانات Altrok حول ظهور بقع شمسية دائرية جديدة عند خطوط العرض الأعلى مما ينبغي تفسيرها فقط من خلال تأثير بصري.

بالإضافة إلى ذلك ، يعتقد الخبير أن استنتاجات Penn و Livingston ليست قوية أيضًا بما يكفي ، لأنها تستند إلى بيانات حول الدورة الشمسية لمدة 13 عامًا فقط ، وهي قصيرة جدًا لمثل هذه الاستنتاجات بعيدة المدى.

وتقول: "قد يكون ذلك نتيجة لدورة ضعيفة سابقة".

لمدة أحد عشر يومًا كاملة ، خلافًا للمثل المشهور ، لا يوجد بقعة واحدة على الشمس. هذا يعني أن نجمنا يدخل فترة من النشاط الأدنى ، وخلال العام المقبل ، ستصبح العواصف المغناطيسية ومشاعل الأشعة السينية نادرة. حول ما يحدث للشمس عندما يزداد نشاطها مرة أخرى وما يفسر هذا الانخفاض والارتفاع ، طلبنا من سيرجي بوجاشيف ، موظف في مختبر الأشعة السينية لعلم الفلك الشمسي في معهد ليبيديف ، دكتوراه في العلوم الفيزيائية والرياضية ، أن يخبرنا .

لا توجد بقع شمسية اليوم

انخفض متوسط ​​عدد الذئب الشهري على الشمس - المؤشر الذي يقيس العلماء من خلاله عدد البقع الشمسية - إلى أقل من 10 في الأشهر الثلاثة الأولى من عام 2018. وقبل ذلك ، في عام 2017 كان عند مستوى 10-40 ، في عام واحد في وقت سابق وصل إلى 60 في بعض الأشهر.في الوقت نفسه ، توقفت التوهجات الشمسية تقريبًا عن الحدوث على الشمس ، ومعها يتجه عدد العواصف المغناطيسية على الأرض إلى الصفر. كل هذا يشير إلى أن نجمنا يتحرك بثبات نحو الحد الأدنى التالي من النشاط الشمسي - وهي حالة يجد نفسه فيها كل 11 عامًا تقريبًا.

إن مفهوم الدورة الشمسية (والمقصود به فقط التغيير الدوري للحد الأقصى والحد الأدنى للنشاط الشمسي) هو أمر أساسي لفيزياء الشمس. لأكثر من 260 عامًا ، منذ عام 1749 ، كان العلماء يراقبون الشمس بشكل يومي ويسجلون بعناية موقع البقع الشمسية ، وبالطبع عددهم. وبناءً عليه ، لأكثر من 260 عامًا ، لوحظت تغييرات دورية على هذه المنحنيات ، تشبه إلى حد ما ضربات النبض.

يتم تحديد عدد لكل "ضربة من القلب الشمسي" ، وفي المجموع ، منذ بداية الملاحظات ، تم ملاحظة 24 ضربة كهذه ، وبناءً عليه ، هذا هو عدد الدورات الشمسية التي لا تزال مألوفة للبشرية. كم عددهم هناك في المجموع ، هل هم موجودون طوال الوقت أثناء وجود الشمس ، أو يظهرون بشكل متقطع ، هل يتغير اتساعهم ومدته ، وكم من الوقت ، على سبيل المثال ، كانت الدورة الشمسية في زمن الديناصورات - لا توجد إجابة على كل هذه الأسئلة ، وكذلك على السؤال ، ما إذا كانت دورة النشاط نموذجية لجميع النجوم من النوع الشمسي أم أنها موجودة فقط على بعضها ، وإذا كان الأمر كذلك ، فهل هناك نجمان لهما نفس نصف القطر والكتلة؟ لها نفس فترة الدورة. نحن لا نعرف هذا أيضًا.

وبالتالي ، تعد الدورة الشمسية واحدة من أكثر الألغاز الشمسية إثارة للاهتمام ، وعلى الرغم من أننا نعرف الكثير عن طبيعتها ، إلا أن العديد من أسسها الأساسية لا تزال لغزا بالنسبة لنا.

رسم بياني للنشاط الشمسي ، مُقاسًا بعدد البقع الشمسية ، على مدار تاريخ الملاحظات بالكامل

ترتبط الدورة الشمسية ارتباطًا وثيقًا بوجود ما يسمى بالمجال المغناطيسي الحلقي في الشمس. على عكس المجال المغناطيسي للأرض ، والذي له شكل مغناطيس بقطبين - الشمال والجنوب ، حيث يتم توجيه خطوطهما من أعلى إلى أسفل ، يوجد على الشمس نوع خاص من المجال غير موجود (أو لا يمكن تمييزه) في الأرض - هاتان حلقتان مغناطيسيتان بهما خطوط أفقية تحيط بالشمس. يقع أحدهما في نصف الكرة الشمالي للشمس ، والثاني في الجنوب ، بشكل متماثل تقريبًا ، أي على نفس المسافة من خط الاستواء.

تقع الخطوط الرئيسية للحقل الحلقي تحت سطح الشمس ، لكن بعض الخطوط يمكن أن تطفو على السطح. تظهر البقع الشمسية في هذه الأماكن حيث تخترق الأنابيب المغناطيسية للحقل الحلقي السطح الشمسي. وبالتالي ، فإن عدد البقع الشمسية يعكس قوة (أو بدقة أكبر ، التدفق) للحقل المغناطيسي الحلقي على الشمس. كلما كان هذا المجال أقوى ، كلما زاد عدد البقع ، زاد عددها.

وفقًا لذلك ، من حقيقة أنه مرة واحدة كل 11 عامًا تختفي البقع على الشمس ، يمكننا أن نفترض أنه مرة واحدة كل 11 عامًا يختفي الحقل الحلقي على الشمس. هذه طريقة العمل. وفي الواقع هذا - الظهور الدوري واختفاء المجال الحلقي الشمسي لمدة 11 عامًا - هو سبب الدورة الشمسية. البقع وعددها ليست سوى علامات غير مباشرة لهذه العملية.

لماذا تقاس الدورة الشمسية بعدد البقع الشمسية وليس بقوة المجال المغناطيسي؟ حسنًا ، على الأقل لأنه في عام 1749 ، بالطبع ، لم يتمكنوا من مراقبة المجال المغناطيسي على الشمس. تم اكتشاف المجال المغناطيسي للشمس فقط في بداية القرن العشرين من قبل عالم الفلك الأمريكي جورج هيل ، مخترع المخطط الطيفي ، وهو جهاز قادر على قياس ملامح خطوط الطيف الشمسي بدقة عالية ، بما في ذلك مراقبة انقسامها تحت تأثير تأثير زيمان. في الواقع ، لم يكن هذا هو القياس الأول للمجال الشمسي فحسب ، بل كان بشكل عام أول اكتشاف لمجال مغناطيسي في جسم خارج كوكب الأرض. لذلك كان الشيء الوحيد المتبقي لعلماء الفلك في القرنين الثامن عشر والتاسع عشر هو مراقبة البقع الشمسية ، ولم يكن لديهم أي وسيلة حتى للتخمين حول ارتباطهم بالمجال المغناطيسي.

ولكن لماذا إذن يستمر حساب البقع اليوم ، عندما يتم تطوير علم الفلك متعدد الأطوال الموجية ، بما في ذلك الملاحظات من الفضاء ، والتي ، بالطبع ، توفر معلومات أكثر دقة حول الدورة الشمسية من حساب بسيط لرقم الذئب؟ السبب بسيط جدا. مهما كانت معلمة الدورة الحديثة التي تقيسها وبغض النظر عن مدى دقتها ، لا يمكن مقارنة هذا الرقم ببيانات القرن الثامن عشر والتاسع عشر ومعظم القرن العشرين. أنت ببساطة لن تفهم مدى قوة أو ضعف دورتك.

الدورة الأخيرة للنشاط الشمسي

بيانات / صورة SILSO ، المرصد الملكي لبلجيكا ، بروكسل

الطريقة الوحيدة لإجراء مثل هذه المقارنة هي حساب عدد النقاط ، باستخدام نفس الطريقة بالضبط ونفس الصيغة تمامًا كما كانت قبل 200 عام. على الرغم من أنه من الممكن أنه في غضون 500 عام ، عندما يتم تجميع سلسلة مهمة من البيانات الجديدة حول عدد التوهجات وتدفقات الانبعاثات الراديوية ، فإن عددًا من أرقام البقع الشمسية سيفقد أخيرًا أهميته ويبقى فقط كجزء من تاريخ علم الفلك. حتى الآن ، ليس هذا هو الحال.

تتيح معرفة طبيعة الدورة الشمسية إجراء بعض التنبؤات حول عدد وموقع البقع الشمسية ، وحتى تحديد متى تبدأ دورة شمسية جديدة بالضبط. قد يبدو البيان الأخير مشكوكًا فيه ، لأنه في حالة انخفاض عدد البقع الشمسية إلى الصفر تقريبًا ، يبدو من المستحيل التأكيد بثقة على أن البقعة الشمسية التي كانت بالأمس تنتمي إلى الدورة السابقة ، وأن البقع الشمسية اليوم هي بالفعل جزء من دورة جديدة. دورة. ومع ذلك ، هناك مثل هذه الطريقة ، وهي مرتبطة تحديدًا بمعرفة طبيعة الدورة.

نظرًا لأن البقع الشمسية تظهر في تلك الأماكن حيث يتم ثقب سطح الشمس بخطوط من مجال مغناطيسي حلقي ، يمكن تخصيص قطبية مغناطيسية معينة لكل بقعة - ببساطة في اتجاه المجال المغناطيسي. يمكن أن تكون البقعة "شمال" أو "جنوب". علاوة على ذلك ، نظرًا لأن أنبوب المجال المغناطيسي يجب أن يخترق سطح الشمس في مكانين ، يجب أن تتشكل البقع أيضًا في الغالب في أزواج. في هذه الحالة ، فإن البقعة المتكونة في المكان الذي تخرج منه خطوط المجال الحلقي من السطح سيكون لها قطبية شمالية ، وستكون البقعة المقترنة بها ، التي تشكلت حيث تعود الخطوط ، لها قطبية جنوبية.

نظرًا لأن المجال الحلقي يحيط بالشمس مثل الحلقة ويتم توجيهه أفقيًا ، فإن أزواج البقع موجهة بشكل أفقي على قرص الشمس ، أي أنها تقع على نفس خط العرض ، ولكن أحدهما يسبق الآخر. ونظرًا لأن اتجاه خطوط المجال في جميع النقاط سيكون هو نفسه (بعد كل شيء ، يتم تشكيلها بواسطة حلقة مغناطيسية واحدة) ، فسيتم توجيه أقطاب جميع النقاط بنفس الطريقة. على سبيل المثال ، النقطة الأولى ، الرائدة ، في جميع الأزواج ستكون شمالية ، والثانية متخلفة ، جنوبي.

بنية المجالات المغناطيسية في منطقة البقع الشمسية

سيتم الحفاظ على هذا النمط طالما أن الحلقة الميدانية المعينة موجودة ، أي كل 11 عامًا. في نصف الكرة الأرضية الآخر للشمس ، حيث توجد الحلقة الثانية المتناظرة من الحقل ، ستستمر الأقطاب أيضًا طوال 11 عامًا ، ولكن لها اتجاه معاكس - ستكون البقع الأولى في الاتجاه المعاكس ، والجنوبية ، والثانية - الشمالية .

ماذا يحدث عندما تتغير الدورة الشمسية؟ وهناك شيء مدهش إلى حد ما يسمى انعكاس القطبية. يتغير القطبان المغناطيسي الشمالي والجنوبي للشمس ، ومعهما يتغير أيضًا اتجاه المجال المغناطيسي الحلقي. أولاً ، هذا الحقل يمر عبر الصفر ، وهذا ما يسمى بالحد الأدنى للشمس ، ثم يبدأ في التعافي ، ولكن باتجاه مختلف. إذا كان للبقع الأمامية في نصف الكرة الأرضية في الدورة السابقة قطبية شمالية ، فعندئذ في الدورة الجديدة سيكون لها قطبية جنوبية بالفعل. هذا يجعل من الممكن تمييز نقاط الدورات المجاورة عن بعضها البعض وإصلاح اللحظة التي تبدأ فيها دورة جديدة بشكل موثوق.

إذا عدنا إلى أحداث الشمس الآن ، فإننا نشهد عملية موت المجال الحلقي للدورة الشمسية الرابعة والعشرين. لا تزال بقايا هذا الحقل موجودة تحت السطح وحتى ترتفع أحيانًا إلى القمة (نرى أحيانًا بقع خافتة في بعض الأحيان هذه الأيام) ، لكنها بشكل عام هي آخر آثار "الصيف الشمسي" المحتضر ، مثل بعض الأيام الدافئة الأخيرة في نوفمبر. ليس هناك شك في أن هذا الحقل سيموت أخيرًا في الأشهر المقبلة وستصل الدورة الشمسية إلى حد أدنى آخر.

تعرض الرسوم البيانية في هذه الصفحة ديناميكيات النشاط الشمسي خلال الدورة الشمسية الحالية. يتم تحديث الجداول كل شهر بواسطة SWPC بأحدث توقعات ISES. القيم التي يمكن ملاحظتها هي قيم مؤقتة يتم استبدالها ببيانات الهدف عند توفرها. يمكن تصدير جميع الرسوم البيانية في هذه الصفحة كملفات JPG أو PNG أو PDF أو SVG. يمكن تشغيل أو إيقاف تشغيل كل مجموعة بيانات من خلال النقر على الوصف المناسب أسفل كل رسم بياني.

عدد التوهجات الشمسية من الفئة C و M و X سنويًا

يوضح هذا الرسم البياني عدد التوهجات الشمسية من الفئة C و M و X التي حدثت خلال عام معين. هذا يعطي فكرة عن عدد التوهجات الشمسية بالنسبة لعدد البقع الشمسية. لذا فهذه طريقة أخرى لمعرفة كيف تتطور الدورة الشمسية بمرور الوقت. تأتي هذه البيانات من SWPC NOAA ويتم تحديثها يوميًا.

يوضح الرسم البياني أدناه عدد التوهجات الشمسية من الفئة C و M و X التي حدثت خلال الشهر الماضي ، جنبًا إلى جنب مع عدد البقع الشمسية كل يوم. هذا يعطي فكرة عن النشاط الشمسي خلال الشهر الماضي. تأتي هذه البيانات من SWPC NOAA ويتم تحديثها يوميًا.

عدد الأيام المثالية في السنة

خلال فترات النشاط الشمسي المنخفض ، قد تكون البقع الشمسية غائبة تمامًا على سطح الشمس ، وتعتبر هذه الحالة من الشمس لا تشوبها شائبة. يحدث هذا غالبًا خلال الحد الأدنى من الطاقة الشمسية. يوضح الرسم البياني عدد الأيام خلال سنة معينة عندما لم تكن هناك بقع شمسية على سطح الشمس.

عدد الأيام في السنة التي شوهدت فيها عواصف مغنطيسية أرضية

يوضح هذا الرسم البياني عدد الأيام في السنة التي شوهدت فيها عواصف مغنطيسية أرضية ومدى قوة هذه العواصف. يعطي هذا فكرة عن السنوات التي شهدت العديد من العواصف المغناطيسية الأرضية وديناميات شدتها.

بعد اختراع التلسكوب ، اكتشف علماء الفلك جاليليو جاليلي وتوماس هاريوت وكريستوف شاينر وجان فابريوس بشكل مستقل أن البقع الشمسية تظهر على قرص الشمس. ومع ذلك ، فقد استغرق الأمر ما يقرب من 250 عامًا لفهم أن سلوك الشمس يتبع جدولًا زمنيًا معينًا لمدة 11 عامًا. اكتشف الصيدلاني الألماني هاينريش شواب بالصدفة دورية النشاط الشمسي لمدة 11 عامًا في القرن التاسع عشر. كان مغرمًا بعلم الفلك ، وباستخدام تلسكوب هواة ، سعى لاكتشاف كوكب صغير افتراضي داخل مدار عطارد. لم يعثر على الكوكب أبدًا ، ولكن بفضل الملاحظات المنهجية اكتشف دورات النشاط الشمسي. الآن يتم إجراء مثل هذه الملاحظات للبقع الشمسية مرتين في اليوم على مدار العام من قبل المراصد في جميع أنحاء العالم ، والتنبؤ بالدورة الشمسية لمدة 11 عامًا له أهمية قصوى في العديد من مجالات النشاط البشري في الفضاء وعلى الأرض.

مناخ الفضاء

اقترح العالم الروسي البارز ألكسندر تشيزيفسكي في بداية القرن العشرين فكرة طقس الفضاء وأرسى الأساس لظهور فرع جديد من العلوم يدرس العلاقات الشمسية-الأرضية. قال إن الأرض دائمًا في أحضان الشمس. وينتقل مزاج الشمس إلى الأرض من خلال هذه العناق. من الهالة الشمسية ، يتدفق الغلاف الجوي للشمس ، والرياح الشمسية ، وهي عبارة عن تيار من الجسيمات المشحونة ، باستمرار ، والتي تهب حول الأرض والكواكب الأخرى في النظام الشمسي. تحمل الرياح الشمسية طاقة الشمس وتمتد وتحمل معها المجال المغناطيسي الشمسي إلى الفضاء الخارجي. نتيجة لذلك ، فإن النظام الشمسي بأكمله ممتلئ بالرياح الشمسية والمجال المغناطيسي الشمسي. وبما أن الشمس تدور ، فإن المجال المغناطيسي في الفضاء بين الكواكب يأخذ شكل طيات لولبية متموجة مثل تنورة راقصة الباليه متعددة الطبقات. والأرض وكل كواكب النظام الشمسي تعيش في هذه الطيات.

مرصد الشمس والغلاف الشمسي توضح الصورة النشاط الشمسي على مدى 11 عامًا ، من أدنى مستوى في عام 1996 إلى الحد الأقصى في عام 2001 ، إلى العودة إلى الحد الأدنى في عام 2006.

بطريقة أو بأخرى ، يجب على الناس أن يأخذوا في الاعتبار توقعات الأحداث النشطة على الشمس في خططهم اليومية. يمكن أن يؤدي وضع القمر الصناعي في الوضع الآمن أثناء الأحداث الشمسية النشطة إلى منع تعطيل المصفوفات الشمسية وأنظمة الأقمار الصناعية الرئيسية. يمثل طقس الفضاء تهديدًا لرواد الفضاء في الفضاء الخارجي المعرضين لإشعاع كبير يتجاوز عتبة المرض الإشعاعي. يمكن أن تتداخل الأحداث النشطة على الشمس مع انتشار إشارات الراديو. يؤثر طقس الفضاء على جرعات الإشعاع التي يتلقاها الطيارون والركاب ، خاصة أثناء الرحلات الجوية العابرة للقطب. للتنبؤ بالطقس الفضائي في الوقت المناسب أهمية كبيرة للطيران وحماية عدد من الأنظمة التقنية الأرضية ، ولرحلات الفضاء البشرية ، ولإطلاق الأقمار الصناعية العلمية والتجارية.

تبدأ الدورة الشمسية بظهور البقع في القطبين ، مع تطور الدورة ، تظهر المزيد والمزيد من البقع التي تنتقل من القطبين إلى خط الاستواء للشمس. عند الحد الأدنى من النشاط الشمسي ، عندما لا توجد أي بقع على الشمس ، يبدو المجال المغناطيسي للشمس كمغناطيس عادي ، بخطوط مغناطيسية دائرية وقطبين. نظرًا لأن خط استواء الشمس يدور بشكل أسرع من القطبين ، أثناء دوران الشمس ، يصبح المجال المغناطيسي متشابكًا ، كما لو كان ، مثل كرة من الخيط. مع اقترابنا من الحد الأقصى للنشاط الشمسي ، يتحول المجال المغناطيسي المعتاد بقطبين إلى العديد من المجالات المغناطيسية المحلية على سطح الشمس ، وتتحرك الحلقات المتشابكة التي تحتوي على مادة شمسية للأمام في الغلاف الجوي للشمس ، ويمكن إخراجها بالشكل. من التوهجات والانبعاثات الكتلية الإكليلية وتصل إلى الأرض. وبالتالي ، في أقصى نشاط شمسي ، يزداد عدد الأحداث النشطة على الشمس بشكل كبير. من ناحية أخرى ، في ذروته ، يكون المجال المغناطيسي للشمس قويًا جدًا لدرجة أنه يكتسح الأشعة الكونية المجرية خارج نظامنا الشمسي ، مما يشكل خطرًا كبيرًا على الأنظمة التكنولوجية في الفضاء. كل 11 عامًا ، يتغير أقطاب الشمس ، والجنوب في مكان الشمال ، والعكس صحيح. هذه عملية معقدة غير مفهومة تمامًا ، ونموذج الدينامو الشمسي هو أحد أصعب المشكلات غير الخطية في الفيزياء الرياضية.

توقعات دورة الطاقة الشمسية

يتم تخصيص رقم لكل دورة شمسية للراحة ، على سبيل المثال ، نقترب الآن من 24 دورة شمسية على الأقل. مهمة العلماء هي التنبؤ بقوة الدورة الخامسة والعشرين القادمة من النشاط الشمسي في أقرب وقت ممكن. طور علماء من Skoltech ، وجامعة Karls Franz في Graz ، والمرصد الملكي البلجيكي طريقة تجعل من الممكن التنبؤ بقوة دورة 11 عامًا القادمة في وقت مبكر جدًا ، أي في المرحلة القصوى من الدورة الشمسية الحالية. هذا يعني أن الدورة الشمسية الحالية في ذروتها ، عندما ينعكس المجال المغناطيسي للشمس ، تحمل بالفعل معرفة قوة الدورة المستقبلية التي تبلغ 11 عامًا. يمكن أن تساعد هذه الاكتشافات في دراسة آلية عمل الدينامو الشمسي. أظهر التحليل أن الاختلافات قصيرة المدى في النشاط الشمسي في مرحلة الانحدار من الدورة مرتبطة بقوة الدورة التالية. تشير القفزات المفاجئة في النشاط في المرحلة التنازلية والتباطؤ في معدل حدوث العدد النسبي للبقع الشمسية إلى وجود نشاط يتجلى في اتساع أكبر للدورة التالية مقارنة بالدورة الحالية. تقترح هذه الدراسة طريقة جديدة وقوية لقياس التغيرات قصيرة المدى في النشاط الشمسي بالفعل في مرحلة الحد الأقصى للدورة الشمسية الحالية ، في بداية مرحلة الانحدار ، وتشكل مؤشرًا مهمًا للتنبؤ بقوة المرحلة التالية دورة.

وفقًا للتوقعات ، سيكون النشاط الشمسي في المستقبل منخفضًا وستكون قوة الدورة الخامسة والعشرين التالية من النشاط الشمسي أقل من قوة الدورة الحالية للدورة الرابعة والعشرين من النشاط الشمسي. تم نشر نتائج الدراسة في مجلة الفيزياء الفلكية.

"طقس الفضاء هو علم المستقبل ، وهو الشيء الذي يوحدنا جميعًا ، ويجعل حياتنا أفضل ، ويسمح لنا بالاعتناء بكوكبنا. هذه هي الخطوة التالية في استكشاف الفضاء. وبغض النظر عن مدى هياج العواصف ، نتمنى لك طقسًا جيدًا في الفضاء! " - يقول المؤلف الأول للدراسة ، أستاذ Skoltech تاتيانا بودلادشيكوفا.

تم توفير المواد من قبل الخدمة الصحفية لمعهد سكولكوفو للعلوم والتكنولوجيا (