عادة ما يكون الشفق القطبي مرئيا فقط في اتجاه الشمال، ولكن قبل أسبوعين كانت السماء الليلية مليئة بستائر متلألئة من الضوء الوردي والأخضر التي يمكن رؤيتها على طول الطريق إلى جنوب الولايات المتحدة. خرج الناس في تكساس وهاواي من سياراتهم للتحديق والتقاط الصور.
كان سبب هذا العرض الضوئي هو انفجار قوي للرياح الشمسية، وهي عبارة عن جسيمات مشحونة كهربائيًا انطلقت من الشمس بسرعات مذهلة. وهناك المزيد في المستقبل مع اقترابنا من ذروة الدورة الشمسية الحالية، وهي فترة من العواصف الشمسية المتزايدة التي تحدث كل 11 عامًا.
وهذا أحد الأمثلة على ما يسميه العلماء “الطقس الفضائي”، والذي يتعامل مع التفاعل بين الشمس والأرض. ليست كل عواقب الطقس الفضائي جميلة، وبعضها خطير تمامًا. لكن الفيزياء وراء ذلك رائعة جدًا. دعونا التحقق من ذلك!
يترنح بفعل الهواء
قد تعتقد أن الشمس هي كرة كبيرة من النار، ولكنها ليست كذلك. (النار هي تفاعل كيميائي بين الأكسجين والكربون). والشمس في الحقيقة هي مفاعل اندماج نووي عملاق. في القلب، يتم تحطيم البروتونات معًا تحت ضغط شديد. تلتصق هذه البروتونات معًا لتكوين نواة ذرة الهيليوم، التي تحتوي على بروتونين ونيوترونين. (يتحلل اثنان من البروتونات إلى نيوترونات).
لكن انتظر! كتلة نواة الهيليوم أقل من كتلة البروتونات الأربعة التي بدأنا بها. ولا تُفقد هذه الكتلة، بل تتحول إلى طاقة، وفقًا لمعادلة أينشتاين الشهيرة ه = مولودية2، أين ه هي الطاقة، م هي الكتلة، و ج هي سرعة الضوء. هذا الرقم الأخير ضخم، فالضوء يسافر بسرعة 300 ألف كيلومتر في الثانية، ويتم تربيع ضخامته، مما يعني أنه حتى خسارة صغيرة في الكتلة تخلق الكثير من الطاقة. ولهذا السبب تكون الشمس شديدة الحرارة، حيث تبلغ درجة الحرارة الأساسية 27 مليون درجة فهرنهايت. نعم، هذا حار جدا.
تحت هذه الحرارة الشديدة، تشكل الغازات الموجودة في الجزء الخارجي من الشمس بلازما يتم فيها انتزاع الإلكترونات من ذراتها، مما يترك الشحنات الكهربائية الحرة (معظمها إلكترونات وبروتونات) تتجول. ويتحرك بعضها بسرعة كافية للهروب من جاذبية الشمس. وهذه الجسيمات المقذوفة هي ما نسميه “الرياح الشمسية”.
يمكنك رؤية تأثير الرياح الشمسية عندما تصطدم بمذنب. المذنبات هي في الأساس كرات ثلجية كبيرة وقذرة تدور حول الشمس في شكل بيضاوي طويل. عندما يقترب المرء من الشمس، يتسامى جسمها الجليدي ويتحول إلى غاز. يكتسب بعض هذا الغاز طاقة كافية للتأين (يتم تحرير الإلكترونات من الذرات)، مما يترك غازًا مشحونًا كهربائيًا. وبعد ذلك، عندما تهب الرياح الشمسية، فإنها تدفع هذا الغاز المتأين بعيدًا، مما يخلق ذيلًا يمكن أن يصل طوله إلى عشرات الملايين من الأميال.
حقيقة ممتعة: قد تظن أن الذيل يمتد خلف المذنب مثل النفاثات النفاثة، لكن الأمر ليس كذلك! وهو يمتد بعيدًا عن الشمس، أي بشكل جانبي في اتجاه حركة المذنب.
لماذا الان؟
ولكن ما الذي يجعل الرياح الشمسية تنشط بشدة كل 11 عامًا؟ حسنًا، مثل الأرض، تتمتع الشمس بمجال مغناطيسي، لكنه غير مستقر على الإطلاق. ونظرًا لأن الشمس ليست جسمًا صلبًا، فإن أجزاء مختلفة منها تدور بسرعات مختلفة. يؤدي هذا إلى التواء مجاله المغناطيسي وتشويهه، وكل 11 عامًا أو نحو ذلك يقلب ويعكس قطبيته. حدث هذا آخر مرة في عام 2013، وها نحن في عام 2024.
يمكن لخطوط المجال المغناطيسي المتحركة هذه اختراق السطح، مما يؤدي إلى ظهور بقع شمسية وسخانات رهيبة من البلازما تُعرف باسم التوهجات الشمسية. لماذا يحدث هذا؟ عندما تتحرك الشحنات الكهربائية، يمكن دفعها وسحبها بواسطة مجال مغناطيسي. يمكنك رؤية ذلك بنفسك باستخدام بعض الأسلاك النحاسية والبطارية. إذا وضعت السلك بالقرب من مغناطيس ثابت ثم قمت بتوصيل طرفيه بحيث يتدفق التيار، فسوف يتحرك السلك. تحقق من ذلك:
