ستاره ما از نمای تازه؛ مدارگرد خورشیدی اروپا اولین تصاویر تاریخ از قطب‌های خورشید را ثبت کرد

ما زمینی‌ها هر روز خورشید را می‌بینیم، اما دستیابی به دیدگاهی واقعاً تازه از این ستاره، اتفاقی نادر و ارزشمند است. پس قدردان بختتان باشید: برای نخستین بار در تاریخ، دانشمندان موفق شده‌اند از یکی از قطب‌های دور از دسترس خورشید، تصویربرداری کنند.

تصاویر بی‌سابقه از قطب خورشید به لطف فضاپیمایی به نام «سولار اوربیتر» (Solar Orbiter) به دست آمده‌اند. این کاوشگر با هدایت آژانس فضایی اروپا (ESA) و همکاری ناسا، در فوریه ۲۰۲۰ پرتاب شد و از نوامبر ۲۰۲۱ تاکنون، خورشید را زیر نظر داشته است. اما بخش جذاب و منحصر به‌فرد مأموریت تازه آغاز شده: مطالعه قطب‌های خورشید.

از زمین و حتی از سایر فضاپیماها، دید ما نسبت به خورشید همواره محدود بوده است. «دانیل مولر»، فیزیک‌دان خورشیدی و دانشمند ارشد پروژه سولار اوربیتر، می‌گوید: «ما همیشه نمای خوبی از بخش مرکزی قرص خورشید داشته‌ایم. اما قطب‌ها عملاً قابل مشاهده نیستند، چون ما آن‌ها را تقریباً همیشه از لبه می‌بینیم.»

اوایل امسال، چشم‌انداز ما بهتر شد؛ زمانی که سولار اوربیتر در حرکتی دقیق و هماهنگ، از کنار سیاره زهره عبور کرد. این مانور مسیر فضاپیما را از دایرةالبروج، یعنی صفحه‌ای که مدار سیارات و استوای خورشید بر آن منطبق‌اند، خارج کرد. تصاویر جدید، قطب جنوب خورشید را نشان می‌دهند و در ماه مارس گرفته شده‌اند. به گفته مولر، فضاپیما در اواخر آوریل نیز از بالای قطب شمال خورشید عبور کرد، اما هنوز در حال ارسال آن داده‌ها به زمین است.

گرفتن عکس از قطب‌های خورشید سخت‌تر از آن چیزی است که به نظر می‌رسد، زیرا برای انجام این کار، یک فضاپیما باید از صفحه دایرةالبروج خارج شود. خروج از این صفحه مداری برای فضاپیماها، مانوری پرهزینه و سوخت‌بر است. اما این دقیقاً همان جایی است که سولار اوربیتر در آن می‌درخشد: تا پایان مأموریت، مدار این فضاپیما با زاویه ۳۳ درجه نسبت به دایرةالبروج متمایل خواهد شد و همین مدار کج است که امکان مشاهده‌ای بی‌سابقه از قطب‌های خورشید را فراهم می‌کند.

در «کمینه خورشیدی»، یعنی پایین‌ترین سطح فعالیت چرخه فعالیت خورشید، میدان مغناطیسی خورشید حالتی دارد که دانشمندان آن را دوقطبی (dipole) می‌نامند: شبیه یک آهنربای میله‌ای بزرگ که در دو انتهای خود دارای قطب‌های قوی است. اما با چرخش خورشید، پلاسماهای خروشان لکه‌های خورشیدی ایجاد می‌کنند؛ نواحی تیره و نسبتاً خنک روی سطح خورشید که حاصل درهم‌تنیدگی خطوط میدان مغناطیسی‌اند.

با ظهور و محو لکه‌های خورشیدی، بخشی از انرژی مغناطیسی آزاد شده و به سوی نزدیک‌ترین قطب مهاجرت می‌کند و قطبیت میدان مغناطیسی موجود را تغییر می‌دهد. نتیجه، وضعیتی گذرا و عجیب است: قطب‌های خورشید وارد مرحله‌ای پیچیده می‌شوند که در آن، بخش‌هایی با قطبیت «شمالی» و «جنوبی» به‌صورت پراکنده و نامنظم در هم آمیخته و در حال تلاطم‌اند.

در فاز «بیشینه خورشیدی» (که خورشید اکنون در آن قرار دارد)، میدان مغناطیسی هر قطب عملاً ناپدید می‌شود. این فرایند می‌تواند نامنظم باشد، گاهی یکی از قطب‌ها زودتر از دیگری بار خود را از دست می‌دهد. سپس با گذر زمان و کاهش تدریجی فعالیت خورشیدی، فرایند تکرارشونده ظهور و زوال لکه‌ها، میدان مغناطیسی تازه‌ای با قطبیت معکوس در هر قطب شکل می‌دهد، تا زمانی که خورشید دوباره به وضعیت آرام و دوقطبی خود بازگردد.

تلاطم‌های خورشید صرفاً کنجکاوی‌های تحقیقاتی برای اخترفیزیک‌دانان نیستند؛ فعالیت خورشیدی بر زندگی روزمره ما اثرگذار است. فوران‌هایی مانند شراره‌ها و خروج جرم از تاج خورشیدی می‌توانند از درون منظومه شمسی عبور کنند و به حوالی زمین برسند. این فوران‌ها توسط میدان مغناطیسی دائماً در حال تغییر خورشید، هدایت می‌شوند و وقتی به زمین می‌رسند، می‌توانند شبکه‌های برق و سیستم‌های رادیویی را مختل کنند؛ در مدار، ارتباطات ماهواره‌ای و سامانه‌های ناوبری را به خطر می‌اندازند و حتی برای فضانوردان تهدیدآمیزند.

از این رو، دانشمندان تلاش می‌کنند همان‌طور که وضعیت آب‌وهوای زمینی را پیش‌بینی می‌کنند، بتوانند دست به پیش‌بینی آب‌وهوای فضایی نیز بزنند. اما برای تحقق این هدف، باید درک دقیق‌تری از نحوه عملکرد خورشید داشته باشند و این کار، بدون دیدی مناسب از فعالیت مغناطیسی در قطب‌های خورشید، تقریباً غیرممکن است.

در همین‌جاست که سولار اوربیتر وارد عمل می‌شود. بیشتر مشاهدات این فضاپیما تا پاییز امسال به زمین نخواهند رسید. بااین‌حال، آژانس فضایی اروپا تاکنون نگاهی اولیه از داده‌های سه ابزار مختلف موجود در سولار اوربیتر منتشر کرده است. هر یک از این ابزارها پدیده‌ای متفاوت از خورشید را به نمایش می‌گذارند.

برای مثال، تصویر بالا نقشه‌ای از میدان مغناطیسی سطح خورشید را نشان می‌دهد. دانیل مولر می‌گوید این تصویر به‌وضوح نشان می‌دهد که خورشید اکنون در بیشینه فعالیت چرخه‌اش قرار دارد. مدل‌های فیزیک خورشیدی پیش‌بینی می‌کنند که در این مرحله، سطح خورشید باید مملو از تکه‌های درهم‌تنیده‌ای از قطبیت‌های شمالی و جنوبی باشد که به‌طور نامنظم در همه‌جا پراکنده‌اند. او می‌گوید: «این دقیقاً همین چیزی است که اکنون می‌بینیم.»

سازگاری مشاهدات با مدل‌های نظری نشان می‌دهد که قطب‌های خورشید، آن‌طورها هم که به نظر می‌رسند، ناشناخته و اسرارآمیز نیستند. هرچند سولار اوربیتر اولین فضاپیمایی است که تصاویر واقعی از قطب‌های خورشید فرستاده، نخستین فضاپیمایی نیست که از این نواحی عبور کرده است. این عنوان به مأموریت «اولیس» (Ulysses) تعلق دارد؛ پروژه‌ای مشترک بین ناسا و آژانس فضایی اروپا که در سال ۱۹۹۰ پرتاب شد و تا سال ۲۰۰۹ فعال بود.

اولیس مجموعه‌ای از ابزارهای علمی برای مطالعه ذرات پرانرژی، میدان‌های مغناطیسی و سایر پدیده‌های خورشیدی با خود داشت. این فضاپیما موفق شد یافته‌های مهمی درباره خورشید و قطب‌های شگفت‌انگیزش به‌دست آورد. اما یک نقص مهم داشت: فاقد دوربین بود. به همین دلیل، با وجود تمام بینش‌هایی که فراهم کرد، هیچ تصویری از آن نواحی به جا نگذاشت.

تا ماه اکتبر، دانشمندان تصاویر ثبت‌شده در ماه آوریل از قطب شمال خورشید را دریافت خواهند کرد. هدف آنها جست‌وجوی تفاوت‌های بین دو قطب است.

در سال‌های ۲۰۲۷ و ۲۰۲۹، مدارگرد خورشیدی به شیب‌های بالاتری، ابتدا ۲۴ درجه و سپس ۳۳ درجه؛ خواهد رسید، زمانی که خورشید به سمت کمینه‌ی فعالیت خورشیدی خود می‌رود. این نقاط دید که زاویه‌هایشان مدام بیشتر می‌شود، قطب‌های خورشیدی را با جزئیات بیشتری در معرض دید قرار می‌دهند و دانش ما را از ستاره والدمان با هر پرواز بهبود می‌بخشند.