دراسة حديثة تفسر سبب اتخاذ النظام الشمسي شكلا يشبه قطعة "الكرواسون"

الفقاعة المحيطة بنا، التي تنتجها الشمس، توفر الحماية من الأشعة الكونية المَجَرِّيّة، ويمكن أن يؤثر شكلها في كيفية دخول هذه الأشعة إلى الغلاف الشمسي.

الشكل المحتمل الذي يشبه الكرواسون للنظام الشمسي (م. أوفير-جامعة بوسطن)

يوجد النظام الشمسي داخل فقاعة، فالرياح والأشعة تتدفق من الشمس إلى الخارج مندفعة إلى الفضاء بين النجوم، وهذا يخلق حدودا للتأثير الشمسي، حيث تكون الأجسام في النظام الشمسي محمية من الإشعاع الكوني القوي، وهذا ما يسمى بالغلاف الشمسي، وفهم كيفية عمله جزء مهم من فهم نظامنا الشمسي، وربما حتى كيف يمكننا -نحن وجميع أشكال الحياة على الأرض- أن نحيا.

ما حدود الغلاف الشمسي؟

لأننا داخل الغلاف الشمسي، فلم تكن حدوده مرئية لنا في الواقع، ومعرفة شكله ليست بالأمر السهل جدا، لكنها ليست مستحيلة، وهذا ما يتناوله البحث الجديد المنشور في دورية "ذا أستروفيزيكال جورنال" (The Astrophysical Journal) الذي قام به مجموعة من علماء الفيزياء الفلكية في فريق المُهِمّة "SHIELD" التابع لجامعة بوسطن الأميركية (BU) بتمويل من وكالة الفضاء الأميركية "ناسا" (NASA)، ويعدّ إنجازا آخر في سعيهم لفهم الغلاف الشمسي.

يقول جيمس دريك عالم الفيزياء الفلكية في جامعة ماريلاند الأميركية، في البيان الصحفي المنشور على موقع جامعة بوسطن، بتاريخ الثالث من ديسمبر/كانون الثاني الجاري، "كيف يؤثر ذلك في عالمنا؟ الفقاعة المحيطة بنا، التي تنتجها الشمس، توفر الحماية من الأشعة الكونية المَجَرِّيّة، ويمكن أن يؤثر شكلها في كيفية دخول هذه الأشعة إلى الغلاف الشمسي".

ويستطرد "هناك كثير من النظريات ولكن -بالطبع- الطريقة التي يمكن أن تدخل بها الأشعة الكونية المَجَرِّيّة يمكن أن تتأثر بهيكل الغلاف الشمسي، هل يحتوي على تجاعيد وثنيات على سبيل المثال؟".

*** للاستخدام الداخلي فقط - The yellow shape is the heliopause, the boundary between the heliosphere and the local interstellar medium. The sun sits at the center of this bubble, but is too small to be seen here. The gray lines are the solar magnetic field lines and the red lines are the interstellar magnetic field.. Image courtesy of Merav Opher
بدلا من اندفاع تيّارات الغلاف الشمسي بشكل مستقيم إلى الخارج فإنها تنحني مثل رؤوس الكرواسون (م. أوفير-جامعة بوسطن)

خارج حدود النظام الشمسي!

مسبارا "فوياجر" (Voyager) ومسبار "نيو هورايزونز" ( New Horizons) 3 مركبات فضائية سافرت إلى أقاصي النظام الشمسي، وفي الواقع فقد اجتازت مجسات فوياجر حدود الغلاف الشمسي، وتشقّ طريقها حاليا عبر الفضاء بين النجوم.

ويشرح تقرير نشر على موقع "ساينس ألرت" (Science Alert) أن العلماء توصلوا باستخدام البيانات من هذه المجسات (المسابير) العام الماضي إلى أن الغلاف الشمسي يمكن أن يتشكل إلى حد ما مثل كرواسون كوني غريب، والآن اكتشفوا كيف؛ فمن المحتمل أن تؤدي جزيئات الهيدروجين المحايدة -تلك التي لا تحمل شحنة- المتدفقة إلى النظام الشمسي من الفضاء بين النجوم دورا مهما في تشكيل الغلاف الشمسي.

وشرع الفريق في التحقيق في تيّارات الغلاف الشمسي، وهي تيّارات مزدوجة من المواد تنبعث من أقطاب الشمس، وتشكلت من خلال تفاعل المجال المغناطيسي الشمسي مع المجال المغناطيسي بين النجوم، وبدلا من اندفاعها بشكل مستقيم نحو الخارج، فإنها تنحني مدفوعة بالتدفق بين النجوم مثل رؤوس الكرواسون، وهذه هي ذيول النظام الشمسي.

وتشبه التيّارات الفيزيائية الفلكية الأخرى التي لوحظت في الفضاء، ومثل غيرها من التيّارات، فإن تيّارت الشمس غير مستقرة، ويبدو أيضًا أن الغلاف الشمسي الذي شكلته الشمس غير مستقر، وأراد الباحثون معرفة السبب وراء ذلك.

توضح عالمة الفيزياء الفلكية ميراف أوفير من جامعة بوسطن (BU)، التي قادت البحث "إننا نرى هذه التيّارت تنعكس على شكل أعمدة غير منتظمة، وكان [علماء الفيزياء الفلكية] يتساءلون منذ سنوات عن سبب عدم استقرار هذه الأشكال".

** للاستخدام الداخلي فقط - الغلاف الشمسي من المحتمل أن يكون غير مستقر وغير منتظم الشكل (م. أوفير)
الغلاف الشمسي من المحتمل أن يكون غير مستقر وغير منتظم الشكل (م. أوفير-جامعة بوسطن)

ذرات الهيدروجين المحايدة

أجرى الفريق نمذجة حسابية، مع التركيز على ذرات الهيدروجين المحايدة التي نعرف أنها تتدفق عبر الكون، ولكننا لا نعرف التأثير الذي يمكن أن تحدثه في الغلاف الشمسي، وعندما أزال الباحثون الذرات المحايدة من نموذجهم أصبحت التيّارت الشمسية مستقرة بشكل مفاجئ، ومن ثم أعادوها.

وتقول أوفير "عندما أعيدها، تأخذ الأشياء في الانحناء، ويشرع المحور المركزي في الاهتزاز، وهذا يعني أن شيئًا ما داخل تيّارت الغلاف الشمسي أصبح غير مستقر".

ووفقا لتحليل الفريق، يحدث هذا بسبب تفاعل الهيدروجين المحايد مع المادة المتأينة في الغلاف الشمسي -المنطقة الخارجية للغلاف الشمسي-، وينتج عن هذا ما يسمى عدم استقرار رايلي-تايلور، أو عدم الاستقرار الذي يحدث عند السطح البيني بين سائلين بكثافة مختلفة عندما يدفع السائل الأخف إلى السائل الأثقل، وهذا بدوره ينتج عنه اضطراب واسع النطاق في ذيول الغلاف الشمسي.

إنه تفسير واضح وأنيق لشكل الغلاف الشمسي، وهو تفسير يمكن أن تكون له آثار على فهمنا للطريقة التي تدخل بها الأشعة الكونية المَجَرِّيّة إلى النظام الشمسي، وفي المقابل، يمكن أن يساعدنا هذا على فهم بيئة الإشعاع للنظام الشمسي فهما أفضل، خارج المجال المغناطيسي الواقي للأرض والغلاف الجوي.

وتقول أوفير "هذا الاكتشاف إنجاز كبير حقا، لقد وضعنا في اتجاه اكتشاف سبب حصول نموذجنا على شكل الكرواسون المميز للغلاف الشمسي ولماذا لا يحدث ذلك للنماذج الأخرى".

المصدر : ساينس ألرت + مواقع إلكترونية