دوامات الشمس الصغيرة قد تكشف سر حرارة الإكليل

قد تكون دوامات صغيرة من البلازما على سطح الشمس هي مصدر الطاقة التي تُسخّن إكليلها، أي غلافها الخارجي، وفق ورقة بحثية جديدة للباحثة Katariina Nykyri من جامعة Embry-Riddle. وتقترح الورقة تفسيراً محتملاً لوصول الطاقة من سطح الشمس إلى غلافها الخارجي، ولفجوة الحرارة بين الاثنين. وهي منشورة في مجلة The Astrophysical Journal Letters، وتبقى فرضية تنتظر اختباراً بالرصد.

كم من الطاقة تكفي لتسخين الإكليل؟

قارنت Nykyri طاقة الدوامات بإجمالي الطاقة اللازمة لتسخين الإكليل. وقدّرت في حسابها أن الدوامة الواحدة تحمل في المتوسط نحو 2 سبتيليون إرغ (الإرغ وحدة صغيرة لقياس الطاقة، والرقم هنا 2 متبوعاً بـ24 صفراً).

وتتكرر هذه الدوامات بأعداد هائلة، فسطح الشمس يمتد على 1.4 مليون كيلومتر، وتتشكل عليه ملايين الدوامات وتتلاشى كل بضع دقائق. ولذلك تقترح الباحثة أن هذه الملايين من الدوامات الصغيرة هي المحرّك الذي يفسّر الفارق في درجة الحرارة بين السطح والإكليل.

ولا يشترط التفسير أن تصل طاقة الدوامات كلها إلى الإكليل. فالشمس تشعّ حرارتها إلى الفضاء، ولا بد أن تعوَّض الخسارة بطاقة صاعدة من الأسفل. وتقول الورقة إن ما بين 5 و8 في المئة من الطاقة الميكانيكية للدوامات يجب أن يبلغ الإكليل لتعويض الحرارة المشعّة. وفي «الثقوب الإكليلية» تكفي نسبة لا تتجاوز 21 في المئة من طاقة الدوامات للحفاظ على حرارة الإكليل.

كيف تنتقل طاقة الدوامة إلى الطبقة العليا؟

تقدّر Nykyri أن الطاقة تدخل الإكليل عبر «إعادة الاتصال المغناطيسي» (Magnetic Reconnection). وهي عملية تتحول فيها الطاقة المغناطيسية المخزّنة إلى حرارة وإلى نفاثات بلازما عالية السرعة. ويرى فيزيائيو الشمس منذ زمن أن لهذه العملية أهمية في تسخين الإكليل.

وتعمل الآلية على النحو الآتي:

• تدور الدوامة فتضغط خطوط المجال المغناطيسي المجاورة لها، فتصير خطوط تيار عرضها بضعة سنتيمترات إلى أمتار.

• إذا بلغ الانضغاط حداً كافياً، انقطعت هذه الخطوط وأعادت ترتيب نفسها.

• تتحرر عندئذ الطاقة المخزّنة.

ويحدث انقطاع الخطوط على سطح الشمس أيضاً، لكن الطاقة المتحررة هناك تتوزع على تريليونات الذرات المتعادلة. أما في الإكليل فكثافة الجسيمات أقل، فتؤدي الكمية نفسها من الطاقة المتحررة إلى رفع حرارة كل ذرة بدرجة أكبر. وهذا أحد أسباب كون الإكليل أسخن، فذراته أقل عدداً.

من أين جاءت الدوامات، وماذا رأى التلسكوب؟

تنشأ الدوامات من موجات «كلفن-هلمهولتز» (Kelvin-Helmholtz). ويعرف الناس هذه الموجات على الأرض في أمواج المحيط المتكسّرة وفي الغيوم ذات النمط المتموّج، وهي تصنع كذلك أنماط الغاز على المشتري. وعلى الشمس تتكوّن عندما يمرّ بلازما سريع الحركة بجوار بلازما أبطأ ممغنط. وتنقل الدوامات الناتجة الطاقة الحركية إلى المجال المغناطيسي للشمس على هيئة إجهاد مغناطيسي.

وما جعل الفكرة قابلة للبحث صور التقطها هذا العام «تلسكوب دانيال ك. إينوي الشمسي» (DKIST) في Haleakalā بجزيرة Maui. وهي صور عالية الدقة جداً لسطح الشمس، حلّلت للمرة الأولى دوامات بلازما يبلغ عرض كل منها بضع عشرات من الكيلومترات.

وعندما نُشر البحث في أغسطس، قالت Nykyri إنها عاشت لحظة اكتشاف: «وجدتها!».

ما الذي ينقص الفرضية؟

الورقة تقترح تفسيراً ولا تحسم المسألة. فما زال على العلماء تتبّع انتقال الموجات واستقطابها عبر الكروموسفير، وهو الطبقة الواقعة بين السطح والإكليل. وتقول نظرية Nykyri إن قياسات الكروموسفير قد تبيّن هل تصل إليه طاقة كافية للحفاظ على حرارة الإكليل. وبقدر ما تُظهر هذه القياسات، تثبت الفرضية أو تسقط.

للاطلاع على التفاصيل، يمكن مراجعة إعلان جامعة Embry-Riddle عن البحث والورقة المنشورة عن الدوامات.