چرخه خورشیدی چیست و چرا اهمیت دارد؟

چرخه خورشیدی یک چرخه تقریباً 11 ساله فعالیت خورشیدی را توصیف می کند که توسط میدان مغناطیسی خورشید هدایت می شود و با فراوانی و شدت لکه های خورشیدی قابل مشاهده بر روی سطح مشخص می شود.ما در حال حاضر چرخه 25 خورشیدی را تجربه می کنیم.

این پدیده تکراری است اما پیش بینی آن دشوار است. یک چرخه می تواند به مدت هشت سال یا تا 14 سال کوتاه باشد و شدت آن به طور چشمگیری متفاوت است. طبق یک مقاله چرخه خورشیدی 25 از ناسا ، چرخه فعلی – چرخه خورشیدی 25 – در دسامبر 2019 آغاز شد. انتظار می رود فعالیت خورشیدی تا حداکثر پیش بینی شده خورشیدی در اوایل سال 2024 افزایش یابد.

افزایش فعالیت خورشیدی به دلیل افزایش قرار گرفتن در معرض تشعشعات، خطراتی را برای ماهواره ها، فضاپیماها و حتی فضانوردان پیاده روی فضایی ایجاد می کند. به گفته ناسا، بر روی زمین، طوفان های ژئومغناطیسی بزرگی که فعالیت خورشیدی ایجاد می کند، می تواند در ارتباطات رادیویی با فرکانس بالا و سیستم های موقعیت یاب جهانی (GPS) اختلال ایجاد کند.

چرخه خورشیدی در پرتو فرابنفش از سال 2010 تا 2020 توسط تلسکوپ فضاپیمای PROBA2 اروپا مشاهده شد.

 

چه چیزی باعث چرخه فعالیت‌ های مغناطیسی خورشید می شود؟

به گفته فضایی ناسا، چرخه خورشیدی توسط میدان مغناطیسی خورشید هدایت می شود. هر 11 سال یا بیشتر، میدان مغناطیسی خورشید تغییر می کند، به طوری که شمال به جنوب و جنوب تبدیل به شمال می شود. تغییرات میدان مغناطیسی خورشید بر میزان فعالیت روی سطح خورشید تأثیر می گذارد.

در بیانیه ناسا، فیل شرر، فیزیکدان خورشیدی از دانشگاه استنفورد، آنچه را که در طول چرخه خورشیدی اتفاق می افتد، توصیف می کند. میدان‌های مغناطیسی قطبی خورشید ضعیف می‌شوند، به صفر می‌رسند و دوباره با قطب مخالف ظاهر می‌شوند. این بخش منظمی از چرخه خورشیدی است.

طبق این بیانیه، وقتی قطب های مغناطیسی خورشید می چرخند، اثرات در منظومه شمسی موج می زند زیرا هلیوسفر – منطقه ای از فضا که تحت تأثیر باد خورشیدی است – میلیاردها مایل یا کیلومتر فراتر از پلوتو گسترش می یابد. سیارات بدون مگنتوسفر محافظ مانند زهره تاثیر کامل را احساس می کنند. در سال 2006 خورشید یک پرتاب جرم تاجی کوچک (CME) – آزاد شدن پلاسما و میدان مغناطیسی – را به بیرون پرتاب کرد که به زهره برخورد کرد و اتمسفر سیاره را از مقدار زیادی اکسیژن محروم کرد.

همچنین بخوانید:  کاوش در میدان مغناطیسی خورشید با تکنولوژی solmeX 

قطب‌های مغناطیسی زمین نیز می‌چرخند، اما فاصله بین برگشت‌ها بسیار طولانی‌تر است، به‌طور میانگین هر 300000 سال یک‌بار طبق اقلیم ناسا. آخرین واژگونی قطب حدود 780000 سال پیش اتفاق افتاد.

چرخه خورشیدی و فعالیت لکه های خورشیدی

لکه های خورشیدی نواحی تیره تر و خنک تری روی سطح خورشید هستند که به دلیل اختلال در میدان مغناطیسی خورشید ایجاد می شوند. به گفته مرکز پیش بینی هوای فضایی اداره ملی اقیانوسی و جوی (NOAA) تعداد کل لکه های خورشیدی در طول چرخه 11 ساله خورشیدی متفاوت است، به طوری که اوج فعالیت لکه های خورشیدی با حداکثر خورشیدی و فاصله زمانی لکه های خورشیدی همزمان با حداقل خورشیدی است.

در طول چرخه خورشیدی، تعداد لکه های خورشیدی از کم به زیاد می شود و سپس به پایین برمی گردد.

موقعیت لکه های خورشیدی نیز در طول چرخه تغییر می کند. در طول حداکثر خورشیدی، لکه های خورشیدی در طول عرض های جغرافیایی میانی (تقریبا 30 درجه شمالی و 30 درجه جنوبی) یافت می شوند. سپس، لکه های خورشیدی به تدریج به سمت استوا حرکت می کنند، جایی که در حداقل خورشیدی قرار دارند. گاهی اوقات هیچ لکه ای در طول حداقل خورشیدی قابل مشاهده نیست.

چرخه خورشیدی چگونه بر ما تأثیر می گذارد؟

زمانی که چرخه در اوج فعالیت – حداکثر خورشیدی – است، آب و هوای فضا می‌تواند برای ارتباطات روی زمین، ماهواره‌ها و حتی فضانوردان پیاده‌روی فضایی خطرآفرین باشد.

یکی از عوارض جانبی دیدنی افزایش فعالیت خورشیدی در طول چرخه ، افزایش فرصت‌ها برای دیدن شفق‌های قطبی است: شفق قطبی (نورهای شمالی) و همتای جنوبی آن، شفق قطبی. هنگامی که ذرات پرانرژی خورشید به جو فوقانی زمین برخورد می کنند و با آن برهم کنش می کنند، نور خیره کننده ای آسمان را روشن می کند. رنگ شفق به این بستگی دارد که ذرات به چه مواد شیمیایی در جو زمین برخورد کنند. رنگ های قرمز از برخورد با مولکول های نیتروژن و رنگ سبز توسط مولکول های اکسیژن تولید می شود.

به گفته ناسا، علیرغم مقدار زیادی انرژی آزاد شده از خورشید در دوره‌های فعال چرخه خورشیدی، تابش خورشید – میزان تابش الکترومغناطیسی دریافتی از خورشید بر حسب توان در واحد سطح – تا 0.15 درصد در سراسر جهان متفاوت است.چرخه 11 ساله این تغییر در تابش آنقدر بزرگ نیست که بتواند تغییرات طولانی مدت در آب و هوای زمین ایجاد کند.

به گفته ناسا، سه راه اصلی وجود دارد که افزایش فعالیت خورشیدی می تواند بر روی زمین تأثیر بگذارد.

شراره های خورشیدی بزرگ می توانند منجر به طوفان خاموشی رادیویی در زمین شوند که به موجب آن انرژی الکترومغناطیسی جو فوقانی زمین را مختل می کند. این اختلال عمدتاً در یونوسفر اتفاق می‌افتد، جایی که ارتباطات از راه دور سیگنال‌ها را طی می‌کنند و می‌تواند منجر به خاموشی رادیو در سراسر جهان شود.

طوفان های تابشی خورشیدی همچنین می توانند ذرات باردار با حرکت سریع را ساطع کنند که انرژی زیادی را حمل می کنند و می توانند فضانوردان و فضاپیماهای در مدار زمین را به خطر بیندازند. در طول این طوفان‌ها، ممکن است از فضانوردان در ایستگاه فضایی بین‌المللی خواسته شود که سرپناهی پیدا کنند و تمام فعالیت‌های خارج از خودرو متوقف می‌شوند. سیستم‌های حساس به تشعشع در ماهواره‌ها تا پایان طوفان تشعشع خاموش می‌شوند.

یک تا سه روز پس از یک فوران خورشیدی که به سمت زمین اشاره شده است، یک CME غول پیکر می تواند به مغناطیس کره زمین برخورد کند و جریان هایی را در سیستم های الکتریکی روی زمین ایجاد کند. شبکه های برق به ویژه در برابر چنین نوسانات انرژی آسیب پذیر هستند که می تواند باعث خاموشی های عمده شود. خاموشی های قابل توجه ناشی از طوفان های ژئومغناطیسی، خاموشی سال 1989 در سراسر استان کبک، کانادا و خاموشی سال 2003 در سراسر شرق ایالات متحده و بخش هایی از کانادا است.

چرخه خورشیدی چگونه پیش بینی و نظارت می شود؟

مهم است که این پدیده را پیش بینی و پایش کنیم تا برای تغییرات در فعالیت خورشیدی آماده باشیم.

مرکز جهانی داده‌های شاخص لکه‌های خورشیدی و مشاهدات طولانی‌مدت خورشیدی در رصدخانه سلطنتی بلژیک، چرخه خورشیدی را نظارت و پیش‌بینی می‌کند، لکه‌های خورشیدی را ردیابی می‌کند و بالا و پایین‌های چرخه خورشیدی را ثبت می‌کند. دانشمندان ناسا و NOAA همچنین یک پانل منظم پیش بینی چرخه خورشیدی را برای ارزیابی فعالیت خورشیدی تشکیل می دهند.

درک چرخه خورشیدی و توانایی پیش‌بینی زمان وقوع یک چرخه جدید، بخش مهمی از پیش‌بینی آب و هوای فضا است.

دانشمندان امیدوارند روزی بتوانند آب و هوای فضا را درست مانند هواشناسان در زمین پیش بینی کنند.

جیک بلیچر، دانشمند ارشد اداره مأموریت اکتشاف و عملیات انسانی ناسا در ناسا در مقاله چرخه خورشیدی 25 از ناسا گفت: “هیچ آب و هوای بدی وجود ندارد، فقط آمادگی بدی وجود دارد.” “آب و هوای فضا همان چیزی است که هست – وظیفه ما آماده سازی است.”

چه کسی چرخه خورشیدی را کشف کرد؟

به گفته ناسا، این پدیده توسط هاینریش شوابه، ستاره شناس آماتور، در خلال رصد خورشید بین سال های 1826 و 1843 کشف شد. شواب متوجه شد که فعالیت لکه های خورشیدی طی تقریباً 11 سال تغییر کرده است. او همچنین تعیین کرد که خورشید هر 27 روز یک بار می چرخد.

دانشمندان از سال 1755 این چرخه ها را شماره گذاری کرده اند. طبق وب سایت فضایی spacetoday، چرخه 1 در مارس 1755 آغاز شد و در ژوئن 1766 به پایان رسید. ما در حال حاضر چرخه 25 خورشیدی را تجربه می کنیم.