در این مطلب درمورد کاربرد مغناطیس در اخترفیزیک که اندازه گیری میدان مغناطیسی خورشید به کمک تکنولوژی ای به نام تکنولوژی solmeX انجام میشود آشنا خواهیم شد و همچنین روش های مورد استفاده را خواهیم شناخت.
اختر فیزیک شاخه‌ای از ستاره شناسی است که اصول فیزیک و شیمی را برای تعیین ماهیت اجرام آسمانی، به جای موقعیت و حرکت آنها در فضا به کار می‌برد. اشیاء مورد مطالعه در این رشته، خورشید، ستاره‌ها ، سیارات و … است. جو خورشید از سه بخش اصلی تشکیل شده است که آنها را فوتوسفر (داخلی ترین لایه)، کروموسفر(پوسته دور خورشید) و کرونا (تاج خورشیدی در اطراف خورشید) نامیده‌اند.
اندازه‌گیری میدان مغناطیسی خورشید در لبرای درک ماهیت فرآیندهای فیزیکی خورشید که می‌تواند بر روی زمین نیز تأثیر بگذارد، بسیار مهم است. جو بیرونی خورشید متشکل از میلیون ها پلاسمای داغ است. یک میدان مغناطیسی پلاسما را در اطراف خورشید به حرکت در می آورد و انرژی آزاد شده را به صورت حرارتی و جنبشی فراهم می کند.
دانستن وضعیت میدان مغناطیسی ماهیت فرآیندهای جو بیرونی خورشید را آشکار می کند. اندازه گیری میدان مغناطیسی خورشید عمدتا به لایه های داخلی محدود می شود و هدف تکنولوژی SolmEx (Solar Magnetism Explorer یا کاوشگر مغناطیس خورشید) اندازه گیری میدان مغناطیسی خورشید در جو بیرونی است که از طریق سؤالات زیر خلاصه میشود:
1. ساختار مغناطیسی جو بیرونی خورشید چیست؟
2. ماهیت تغییرات میدان مغناطیسی در چرخه خورشیدی چیست؟
3. چه چیزی باعث ایجاد پرتاب های توده ای کرونا میشود؟
4. چگونه فرآیندهای مغناطیسی پلاسما را هدایت می کنند و اتمسفر خورشیدی بیرونی را گرم می کنند؟
5. میدان مغناطیسی خورشید چگونه کرونا را به شکل تاج جفت میکند؟
اهداف علمی اندازه گیری میدان مغناطیسی خورشید
یکی از بزرگترین چالش‌های اخترفیزیک در آینده نزدیک، بررسی تجربی و رمزگشایی بردار میدان مغناطیسی در انواع پلاسمای اخترفیزیکی مانند کرونای خورشید خواهد بود.چرا که اتمسفر اطراف خورشید ساختار بسیار پیچیده ای دارد که در عکس‌های خورشید گرفتگی که با وضوح بالا گرفته شده اند مانند تصویر زیر مشهود است.
تکنیک های اندازه گیری میدان مغناطیسی خورشید
تنها روش بررسی جو فوقانی خورشید سنجش از دور است. ما می توانیم جهت، شار، انرژی و حالت قطبش فوتون های ورودی را تشخیص دهیم. برای مشاهده کرونا در نور مرئی و مادون قرمز ، باید نور خورشید را توسط یک پنهان کننده مسدود کرد (ایجاد یک ماه گرفتگی مصنوعی). مشاهدات در محدوده فرابنفش (UV) و فرابنفش شدید (EUV) نیز کرونا را در مقابل قرص خورشیدی و حضور نور نشان می دهد، زیرا فوتوسفر در این طول موج ها نسبتا تاریک است. بنابراین، ابزارهای UV/EUV و مادون قرمز مکمل یکدیگر هستند.
انتشار پلاسمای کرونای خورشید در EUV که فقط از فضا قابل مشاهده است، به طور گسترده توسط ابزار های فضایی مثل SOHO، TRACE، Hinode، و SDO مورد مطالعه قرار گرفته است که تصاویر و طیف هایی با وضوح بالا ارائه می کردند. آنها درک ما از جو بیرونی خورشید را متحول کردند، زیرا امکان اندازه گیری کمی دمای جنبشی، ترکیب، چگالی و دینامیک پلاسمای کرونا را فراهم کردند.
با این حال، اطلاعات مربوط به میدان مغناطیسی خورشید در کرونا در قطبش خطوط طیفی رمزگذاری شده است، و بنابراین برای ابزارهای فضایی قبلی غیرقابل دسترسی بود. برای رسیدن به هدف اندازه گیری میدان مغناطیسی خورشید در جو فوقانی، تکنولوژی SolmeX تابش و قطبش آن را از ماوراء بنفش شدید به مادون قرمز بررسی می کند و با اندازه‌گیری شدت طیفی و وضعیت قطبش، داده‌های ضروری را برای رمزگشایی نقش میدان مغناطیسی فراهم میکند.
کلید مشاهدات ایجاد یک خورشیدگرفتگی مصنوعی است. با نصب یک دیسک مخفی بر روی یک فضاپیمای جداگانه به عنوان “ماه مصنوعی” برای فضاپیما های اصلی که تمام ابزارهای علمی را حمل میکند و با فاصله 200 متری از هم قرار دارند.
برای آشنایی بیشتر با چگونگی انجام این ماموریت میتوانید شرح ماموریت solmeX را بخوانید
ما یک مدار به دور نقطه لاگرانژی (L1) برنامه ریزی می کنیم. نقاط لاگرانژی پنج نقطه هستند که در آنها برآیند نیروی جاذبه زمین و خورشید صفر است و موجب میشود جسمی که در ان نقطه قرار دارد دارای تعادل گرانشی باشد که یک دید بدون مانع از خورشید در شرایط حرارتی ثابت با کوچکترین تأثیر ممکن بر روی پرواز ایجاد شود.
SolmeX شامل پنج ابزار است که برای مطالعه پنج منطقه هدف اصلی اختصاص داده شده است:
1. طیف سنج فرابنفش
2. طیف سنج مادون قرمز و نور مرئی
3. قطب سنج فرابنفش شدید
4. اسکنر طیف سنج فرابنفش
5. کاوشگر مغناطیسی کروموسفر
برای بررسی ساختار هدف هر یک از این تکنیک ها میتوانید بررسی تکنیک های تکنولوژی SolmeX را ببینید
برای اولین بار تکنولوژی SolmeX قطبش نور از کروموسفر و کرونا را از فضا، روی دیسک و همچنین خارج از بدنه اندازه گیری می کند. بنابراین، آنها مجموعه ای جامع از اندازه گیری میدان مغناطیسی تاج را ارائه می دهند. علاوه بر این قابلیت منحصر به فرد، همه ابزارها به خوبی یا بهتر از ابزارهای فضایی قبلی و موجود در دسته خود عمل می کنند که در حالت غیرقطبی کار می کنند. جزئیات این سازه ها در جدول زیر خلاصه شده است.
| تکنیک مشاهده اهداف علمی | خارج از بدنه | روی دیسک | |||
| طیف سنجی UV | طیف سنجی نور مرئی و مادون قرمز | قطب سنج EUV | طیف سنجی شکاف UV | طیف سنجی تصویربرداری UV | |
| میدان مغناطیسی کرونا | 1.ساختار مغناطیسی در کرونا در مقیاس های بزرگ چگونه است؟ | 2.ساختار مغناطیسی شبکه آرام خورشید چیست؟ | |||
| 3.ساختار مغناطیسی هر یک حلقه های کرونا چگونه است؟ | |||||
| ساختار کرونا در چرخه خورشیدی | 1.چگونه میدان مغناطیسی در مقیاس کلی در چرخه خورشیدی تغییر می کند؟ | ||||
| 2.آیا جفت شدگی مغناطیسی خورشید با جو در طول چرخه تغییر می کند؟ | |||||
| اختلالات بزرگ کرونا | 1.ساختار مغناطیسی CME چگونه است؟ | 2.چگونه میدان مغناطیسی در طول اختلالات بزرگ مانند شعله ها و CME ها تغییر می کند؟ | |||
| 3.چگونه در طول اختلالات،تغییرات در مقیاس های بزرگ به مقیاس های کوچک مربوط می شود؟ | |||||
| جهت گیری مغناطیسی کرونا | 1.پلاسما چگونه به گرمایش در صفحات جاری واکنش نشان می دهد؟ | ||||
| 4.چه چیزی باد را در کرونا هدایت می کند؟ | 2.آیا عمل موج یا بافندگی خط میدان عامل گرمایش غالب است؟ | ||||
| 3.مناطق منشأ باد کدامند؟ | |||||
| جفت شدگی مغناطیسی خورشید با جو | 1.چگونه جو در سراسر لایه اول جفت می شود؟ | ||||
| 2.ساختارهای تاجی چگونه در سطح ریشه می دوانند؟ | |||||
| ساختارهای هدف اصلی | کرونا در مقیاس بزرگ در بالای بدنه | کرونا خارج از بدنه بالای نواحی فعال | ساختارهای کرونا روی دیسک | ساختارهای ضعیف کرونا روی دیسک | ساختارهای مغناطیسی کروموسفر |
| خطوط یا باند طیفی | Ly-α,β,ϒ O IV (103 nm) | Fe XIII 1.07 µm vis:Ɨ ~ 400 nm | Fe X (17.4 nm) | 120-150 nm Incl,Ly-α, C IV | Mg II (279 nm) Fe I (525 nm) |
| شعاع دید | > )شعاع خورشید( | > )شعاع خورشید2*( | کل دیسک | 300’’ | 300’’ |
| وضوح تصویر فضایی | 10’’ | مادون قرمز: 5’’ نور مرئی: 2’’ | عکس: 1’’ قطبیت: 3’’ | 1’’ | 0.3’’ |
| آهنگ رصد | 5 s (N-P) 60 s – 8h (POL) | < 1 min | 10 s (N-P) 3 min (POL) | 1 s (N-P) 3 min (POL) | < 1 min |
| میدان مغناطیسی | 1 G – 100 G | 2 G – 2000 G | جهت گیری | 2 G – 1000 G | 5 G – 3000 G |
| ابزار مورد نیاز اندازه گیری | طیف سنج فرابنفش | طیف سنج مادون قرمز و نور مرئی | قطب سنج فرابنفش شدید | اسکنر طیف سنج فرابنفش | کاوشگر مغناطیسی کروموسفر |
3 پاسخ