كل 11 عامًا تقريبًا، تمر الشمس بما يعرف بـ “الحد الأقصى للطاقة الشمسية”، عندما تظهر العديد من البقع الداكنة الغريبة على سطحها.
هذه “البقع الشمسية” – التي يمكن أن تتجمع معًا وتشكل ما يشبه الأرخبيل – ناتجة عن تغيرات هائلة في المجال المغناطيسي لنجمنا.
كما أنها تطلق انفجارات عنيفة من الطاقة نحو الأرض، مما يتسبب في “عواصف شمسية” يمكن أن تلحق الضرر بالأقمار الصناعية وتعطل الإنترنت.
ولسوء الحظ، تكشف دراسة جديدة أن هذا الحد الأقصى للطاقة الشمسية سيأتي في وقت أقرب من المتوقع – على الأرجح في أوائل عام 2024.
وتأتي التوقعات الجديدة من فريق هندي من الباحثين وتتناقض مع أحدث توقعات وكالة ناسا، والتي تشير إلى وصولها في أواخر عام 2025.
اكتشف الباحثون علاقة جديدة بين المجال المغناطيسي للشمس ودورة البقع الشمسية، والتي يمكن أن تساعد في التنبؤ بموعد ذروة النشاط الشمسي. تُظهر هذه الصورة من مرصد ديناميكيات الطاقة الشمسية الشمس مع بقع شمسية متعددة، والتي تبدو داكنة مقارنة بمحيطها.
وقاد الدراسة الجديدة الدكتور ديبيندو ناندي، عالم الفيزياء من مركز التميز في علوم الفضاء IISER Kolkata في الهند.
وقال إنه “من غير الممكن التنبؤ بكثافة وعواقب” العواصف الشمسية في وقت مبكر، ولكن يجب أن نتعلم المزيد مع اقتراب العام الجديد.
وقال لـ MailOnline: “يمكن أن تؤدي العواصف الأكثر شدة في بعض الأحيان إلى اضمحلال مداري كارثي للأقمار الصناعية التي تدور حول الأرض المنخفضة وتعطيل الخدمات القائمة على الأقمار الصناعية مثل الاتصالات والشبكات الملاحية”.
“يمكنهم أيضًا إحداث اضطرابات قوية في المجال المغناطيسي الأرضي مما يؤدي إلى تعطيل شبكات الطاقة الكهربائية الموجودة في مناطق خطوط العرض المرتفعة.”
وأضاف: “بالطبع، يقومون أيضًا بإنشاء شفق جميل، لذلك يمكننا أن نتوقع أن يكون عام 2024 عامًا جيدًا لصيادي الشفق القطبي”.
تمكن الدكتور ناندي وزملاؤه من التوصل إلى طريقة جديدة للكشف عن الحد الأقصى للطاقة الشمسية، لكن فهمها يتطلب بعض المعرفة الأساسية حول النجم الواهب للحياة في نظامنا الشمسي.
الشمس عبارة عن كرة ضخمة من الغاز الساخن المشحون كهربائيًا، والتي تتحرك، مما يولد مجالًا مغناطيسيًا قويًا، يُعرف رسميًا باسم المجال ثنائي القطب.
ويمر هذا المجال ثنائي القطب – الذي يمتد من أحد قطبي الشمس إلى القطب الآخر بشكل يشبه إلى حد كبير حقل الأرض – بدورة تسمى الدورة الشمسية.
كل 11 عامًا تقريبًا أو نحو ذلك، ينقلب المجال المغناطيسي للشمس تمامًا، مما يعني أن القطبين الشمالي والجنوبي يتبادلان أماكنهما.
كل 11 عامًا، ينقلب المجال المغناطيسي ثنائي القطب للشمس (الذي يمتد من أحد قطبي الشمس إلى القطب الآخر تمامًا مثل الأرض) تمامًا، مما يعني أن قطبي الشمس الشمالي والجنوبي يغيران أماكنهما
تؤثر هذه الدورة الشمسية على النشاط على سطح الشمس، بما في ذلك البقع الشمسية الداكنة التي تسببها المجالات المغناطيسية للشمس.
إحدى الطرق التي يمكن للعلماء من خلالها تتبع الدورة الشمسية هي حساب عدد البقع الشمسية وتوقيت ظهورها بالضبط، وذلك باستخدام الأقمار الصناعية في الغالب.
تُعرف بداية الدورة الشمسية التي تبلغ مدتها 11 عامًا، عندما يكون لدى الشمس أقل عدد من البقع الشمسية، بالحد الأدنى للطاقة الشمسية – ولكن مع مرور الوقت يزداد عدد البقع الشمسية.
منتصف الدورة الشمسية هو الحد الأقصى للطاقة الشمسية، عندما يكون لدى الشمس أكبر عدد من البقع الشمسية.
إنه خلال هذا الحد الأقصى للطاقة الشمسية عندما يكون الطقس الفضائي الأكثر عنفًا متوقعًا.
ويقول الباحثون إن التنبؤ بدقة بموعد حدوث هذه الذروة – وبالتالي عندما يضرب الطقس الفضائي الأكثر عنفًا على الأرض – كان أمرًا صعبًا.
نحن نعلم أن الدورات الشمسية تدوم كل 11 عامًا تقريبًا، لكن هذا مجرد متوسط، كما يوضح الدكتور ناندي.
وقال لـ MailOnline: “إن أحد عشر عامًا هو دورية متوسطة، مما يعني أنه يتم تحديد ذلك من خلال متوسط الفترات الفردية لجميع الدورات الشمسية المرصودة في العصر الحديث”.
“يمكن أن تختلف مدة الدورات الفردية من تسعة إلى 14 عامًا.”
يوضح العلماء كيف يمكن دمج عمليات رصد معدل انخفاض المجال المغناطيسي ثنائي القطب للشمس مع عمليات رصد البقع الشمسية للتنبؤ بموعد وصول الدورة المستمرة إلى ذروتها. ويشير تحليلهم إلى أن الحد الأقصى للدورة الشمسية 25 من المرجح أن يحدث في أوائل عام 2024
يعتمد العلماء بالفعل على الأدلة التي جمعها عالم الفلك السويسري ماكس فالدماير منذ ما يقرب من 100 عام، لوضع أفضل التقديرات حول موعد وصول الحد الأقصى للطاقة الشمسية.
في عام 1935، وجد فالدماير أنه كلما كان ظهور دورة البقع الشمسية أسرع، زادت قوتها.
في الصورة، الفلكي السويسري ماكس فالدماير، المسؤول عن تأثير فالدماير
ولذلك، كما أوضح فالدماير، فإن الدورات الأقوى – أي تلك التي تحتوي على المزيد من البقع الشمسية – تستغرق وقتًا أقل لتصل إلى ذروة شدتها.
غالبًا ما تُستخدم هذه العلاقة – المعروفة باسم “تأثير فالدماير” – للتنبؤ بقوة دورة البقع الشمسية بناءً على ملاحظات مرحلة صعودها المبكرة.
ما فعله الباحثون الهنود هو إيجاد علاقة جديدة، باستخدام أرشيفات البيانات القديمة منذ عقود من مراصد شمسية أرضية متعددة حول العالم.
أي أن معدل الانخفاض في المجال المغناطيسي ثنائي القطب للشمس يرتبط أيضًا بمعدل ارتفاع دورة البقع الشمسية المستمرة.
وقال الدكتور ناندي لـ MailOnline: “إن مجال الشمس ثنائي القطب يتضاءل ويتضاءل تقريبًا في الطور المضاد مع دورة البقع الشمسية”.
“خلال الدورة الشمسية الدنيا، عندما لا يتم ملاحظة أي بقع شمسية تقريبًا على الشمس، تكون شدة المجال ثنائي القطب هي الحد الأقصى.
“عندما تبدأ دورة البقع الشمسية في الارتفاع، يبدأ المجال ثنائي القطب الشمسي واسع النطاق في الضعف ويفترض تكوينًا أكثر تعقيدًا.
يُظهر هذا الفيلم الذي يستغرق 24 ساعة من مرصد ديناميكيات الطاقة الشمسية التابع لناسا البقع الشمسية في 18 نوفمبر
“يختفي الحقل ثنائي القطب خلال ذروة دورة البقع الشمسية، وبعد ذلك، يقلب اتجاهه ويبدأ في النمو ببطء مرة أخرى.”
استخدم العلماء معرفتهم الجديدة للتنبؤ بالضبط بموعد وصول الحد الأقصى للطاقة الشمسية للدورة الحالية إلى ذروته – أوائل عام 2024.
ويقولون في ورقتهم البحثية: “إن التنبؤ بوقت السعة القصوى لدورة البقع الشمسية أمر مهم لقياس متى يتم توقع الظروف البيئية الفضائية الأكثر سوءًا (الطقس الفضائي).”
يظهر البحث الجديد في الإشعارات الشهرية للجمعية الفلكية الملكية.
ما هي الدورة الشمسية؟
الشمس عبارة عن كرة ضخمة من الغاز الساخن المشحون بالكهرباء الذي يتحرك ويولد مجالًا مغناطيسيًا قويًا.
ويمر هذا المجال المغناطيسي بدورة تسمى الدورة الشمسية.
كل 11 عامًا أو نحو ذلك، ينقلب المجال المغناطيسي للشمس تمامًا، مما يعني أن قطبي الشمس الشمالي والجنوبي يتبادلان أماكنهما.
تؤثر الدورة الشمسية على النشاط على سطح الشمس، مثل البقع الشمسية التي تنتج عن المجالات المغناطيسية للشمس.
كل 11 عامًا، ينقلب المجال المغناطيسي للشمس، مما يعني أن القطبين الشمالي والجنوبي للشمس يتغيران في أماكنهما. تؤثر الدورة الشمسية على النشاط على سطح الشمس، مما يؤدي إلى زيادة عدد البقع الشمسية خلال المراحل الأقوى (2001) مقارنة بالمراحل الأضعف (1996/2006)
إحدى طرق تتبع الدورة الشمسية هي حساب عدد البقع الشمسية.
بداية الدورة الشمسية هي الحد الأدنى للطاقة الشمسية، أو عندما يكون لدى الشمس أقل عدد من البقع الشمسية. وبمرور الوقت، يزداد النشاط الشمسي – وعدد البقع الشمسية.
منتصف الدورة الشمسية هو الحد الأقصى للطاقة الشمسية، أو عندما يكون لدى الشمس أكبر عدد من البقع الشمسية.
ومع انتهاء الدورة، تتلاشى مرة أخرى إلى الحد الأدنى للطاقة الشمسية ثم تبدأ دورة جديدة.
وتزداد أيضًا الانفجارات العملاقة على الشمس، مثل التوهجات الشمسية والانبعاث الكتلي الإكليلي، خلال الدورة الشمسية.
ترسل هذه الانفجارات دفعات قوية من الطاقة والمواد إلى الفضاء والتي يمكن أن يكون لها تأثيرات على الأرض.
على سبيل المثال، يمكن أن تسبب الانفجارات أضواء في السماء، تسمى الشفق القطبي، أو تؤثر على الاتصالات اللاسلكية وشبكات الكهرباء على الأرض.