خورشید در آستانه رویدادی مهم است: معکوس شدن میدان مغناطیسی. این پدیده تقریبا هر ۱۱ سال یکبار اتفاق میافتد و مرحله مهمی در چرخه خورشیدی محسوب میشود.
تغییر قطبیت نشاندهنده نیمه دوره حداکثر فعالیت خورشیدی، اوج خورشیدی است و شروع تغییر بهسمت دوره حداقل خورشیدی است.
آخرین باری که میدان مغناطیسی خورشید چرخید اواخر سال ۲۰۱۳ بود. علت این تغییر قطبیت چیست و آیا خطرناک است؟ با ما همراه باشید تا نگاهی عمیق به معکوس شدن میدان مغناطیسی خورشید بیندازیم و اثرهایی را که میتواند روی زمین بگذارد، بررسی کنیم.
برای درک معکوس شدن میدان مغناطیسی خورشید، ابتدا باید با چرخه خورشیدی آشنا باشید. عامل محرک این چرخهی تقریبا ۱۱ ساله فعالیت خورشیدی، میدان مغناطیسی خورشید است و نشان دهنده آن فراوانی و شدت لکههایِ خورشیدیِ قابلمشاهده روی سطح خورشید است.
اوج فعالیت خورشیدی در طول هر چرخه، بهعنوان حداکثر خورشیدی شناخته میشود و برآوردهای فعلی پیشبینی میکنند که بین اواخر سال ۲۰۲۴ و اوایل سال ۲۰۲۶ رخ خواهد داد.
چرخه بسیار مهم دیگری وجود دارد که دو برابر طول میکشد (که البته کمتر شناختهشده). این چرخه مغناطیسی که به چرخه هیل معروف است، تقریبا ۲۲ سال طول میکشد. در طول این چرخه، میدان مغناطیسی خورشید معکوس میشود و سپس به حالت اولیه خود برمیگردد.
در طول حداقل خورشیدی، میدان مغناطیسی خورشید شبیه میدان مغناطیسی زمین و دوقطبی است، یعنی یک قطب شمال و یک قطب جنوب دارد.
همانطور که بهسمت حداکثر خورشیدی میرویم، میدان مغناطیسی خورشید پیچیدهتر میشود و دیگر مرز واضحی بین قطب شمال و جنوب وجود ندارد. وقتی حداکثر خورشیدی تمام میشود و حداقل خورشیدی از راه میرسد، میدان مغناطیسی دوباره دوقطبی میشود، البته با قطبیت معکوس.
تغییر قطبیت بعدی از شمال به جنوب میدان مغناطیسی در نیمکره شمالی و بالعکس در نیمکره جنوبی خواهد بود. این باعث میشود جهتگیری مغناطیسی آن با زمین یکسان شود.
معکوس شدن قطبیت ناشی از لکههای خورشیدی است. لکهها مناطقی درسطح خورشید هستند که از نظر مغناطیسی پیچیده هستند و میتوانند رویدادهای خورشیدی مهمی از جمله شعلههای خورشیدی و پرتاب جرم تاجی (انفجارهای بزرگ پلاسما و میدان مغناطیسی) ایجاد کنند.
از آنجایی که لکههای خورشیدی نزدیک خط استوا ظاهر میشوند، جهتی مطابق با میدان مغناطیسی قدیمی خواهند داشت، در حالیکه لکههای خورشیدی که نزدیکتر به قطبها تشکیل میشوند، دارای میدان مغناطیسی منطبق با جهت مغناطیسی ورودی خواهند بود. به این قانون هیل میگویند.
«تاد هوکسما»، فیزیکدان خورشیدی و مدیر رصدخانه خورشیدی Wilcox در دانشگاه استنفورد، میگوید: «میدان مغناطیسی از مناطق فعال خورشید راه خود را بهسمت قطبها باز میکند و در نهایت باعث معکوس شدن قطبیت میشود.»
بااینحال، علت اصلی این تغییر همچنان مرموز است. «فیل شرر»، فیزیکدان خورشیدی دانشگاه استنفورد، میگوید: «این به کل چرخه خورشیدی ربط دارد و متعجبیم که چیست. هنوز یک توصیف ریاضی کاملا منسجم از آنچه در حال رخ دادن است نداریم.»
هوکسما میگوید: «در واقع علت معکوس شدن به این بستگی دارد که منشا میدان مغناطیسی چیست. آیا لکههای خورشیدی زیادی وجود خواهد داشت؟ و آیا لکههای خورشیدی به میدان مغناطیسی قطب کمک میکنند یا به نوعی بهطور محلی از بینمی روند؟ این سوالی است که هنوز نمیدانیم چطور به آن پاسخ دهیم.»
آنچه بهطور قطع میدانیم این است که چرخش میدان مغناطیسی خورشیدی آنی نیست. این انتقال تدریجی از وضعیت دوقطبی به یک میدان مغناطیسی پیچیده و بعد به دوقطبی معکوس در طول چرخه خورشیدی ۱۱ ساله است.
«فرنچ» میگوید: «بهطور خلاصه، لحظه مشخصی وجود ندارد که در آن قطبهای خورشید بچرخند. مثل زمین نیست که در آن چرخش با عوض شدن جای قطب شمال و جنوب اندازهگیری میشود.»
معمولا یک یا دو سال طول میکشد تا چرخش قطبها کامل شود ولی ممکن است همیشه اینطور نباشد. مثلا، طبق گزارش رصدخانه ملی خورشیدی، میدان قطب شمال چرخه خورشیدی ۲۴ که در دسامبر ۲۰۱۹ به پایان رسید، نزدیک به پنج سال طول کشید تا معکوس شود.
چرخش میدان مغناطیسی بهقدری تدریجی است که حتی متوجه نمیشویم چه زمانی اتفاق میافتد. اگرچه این رویداد دراماتیک بهنظر میرسد، نشانه آخرالزمان قریبالوقوع نیست. بااینحال، چند پیامد منفی برای ما خواهد داشت.
خورشید اخیرا بهطور باورنکردنی فعال بوده است. ستاره ما شعلههای خورشیدی وCME های (خروج جرم از تاج خورشیدی) قدرتمند متعددی را شلیک میکند و طوفانهای ژئومغناطیسی قوی روی زمین راه میاندازد که بهنوبهخود، نمایشهای شفقی باورنکردنی را ایجاد میکنند.
بااینحال، افزایش شدت آبوهوای فضایی علت مستقیم چرخش قطبی نیست، بلکه این رویدادها با هم اتفاق میافتند. آبوهوای فضایی معمولا در طول حداکثر خورشیدی در شدیدترین وضعیت است، یعنی زمانی که میدان مغناطیسی خورشید نیز در پیچیدهترین حالت است.
یکی از پیامدهای جابهجایی میدان مغناطیسی که جزئی اما مفید است: میتواند به حفاظت از زمین در برابر پرتوهای کیهانی کهکشانی کمک کند، یعنی ذرههای زیراتمی پرانرژی که با سرعت نزدیک به نور حرکت میکنند و میتوانند به فضاپیماها آسیب برسانند و به فضانوردانی که خارج از جو زمین هستند آسیب بزنند.
با معکوس شدن میدان مغناطیسی خورشید، صفحه جریان، سطح وسیعی که میلیاردها کیلومتر بهسمت بیرون از استوای خورشید تابش میکند، بسیار موجدار میشود و سد بهتری را در برابر پرتوهای کیهانی ایجاد میکند.
دانشمندان معکوس شدن میدان مغناطیسی خورشید را زیر نظر دارند تا ببینند که چقدر طول میکشد تا دوباره به حالت دوقطبی برگردد.
اگر این اتفاق ظرف چند سال آینده بیفتد، چرخه ۱۱ ساله بعدی نسبتا فعال خواهد بود. در مقابل، اگر تغییر آهسته باشد، مثل چرخه خورشیدی ۲۴ قبلی ضعیف خواهد بود.
