نظرية جديدة قد تفسر دوران شمسنا الغريب
مصر:إيهاب محمد زايد
كنت تتوقع نوعًا ما أن يدور كل خط عرض على سطحه بنفس المعدل تقريبًا، لكن لا. إذا كان بإمكانك الوقوف على خط استواء الشمس، على سبيل المثال، فسوف يستغرق الأمر ما يقرب من 24 يومًا أرضيًا لإجراء دورة كاملة. إذا وقفت على أحد القطبين، فسيستغرق الأمر حوالي 34 يومًا للعودة إلى اتجاهك الأصلي.
يُعرف هذا بالتناوب التفاضلي، وقد حير العلماء لفترة طويلة.
لقد أصبح الأمر أكثر حيرة عندما نتعمق أكثر فأكثر في باطن الشمس. وتكشف عمليات رصد الزلازل الشمسية أن هذه الظاهرة لا تقتصر على الغلاف الجوي العلوي، فهي تمتد نحو 200 ألف كيلومتر (124 ألف ميل)، عبر منطقة الحمل الحراري الشمسية بأكملها.
الآن، توصل فريق بقيادة عالم الفيزياء الشمسية يوتو بيكي من معهد ماكس بلانك لأبحاث النظام الشمسي (MPS) إلى حل. يبدو أن الدوران التفاضلي قد تم كبحه من خلال تذبذبات طويلة الأمد للموجات الصوتية في منطقة الحمل الحراري والتي يمكن اكتشافها على السطح كحركات دوامية حول القطبين.
الشمس “تطن” باستمرار. تضج الطبقة السطحية المرئية المعروفة باسم الغلاف الضوئي بملايين أنماط التذبذب الصوتي التي ترتفع وتنخفض في فترات تبلغ حوالي خمس دقائق.
لقد عرفنا عن هذه الأوضاع منذ فترة، ولكن قبل بضع سنوات فقط اكتشف فريق من الباحثين بقيادة مدير MPS لوران جيزون نوعًا جديدًا من التذبذب الصوتي. وباستخدام بيانات رصد الطاقة الشمسية لعدة سنوات، وجدوا وضع تذبذب عالمي مع فترة أطول بكثير تبلغ 27 يومًا.
و كان هناك شيء آخر. ويبدو أن هذه الموجات الصوتية العملاقة المتدفقة عبر الشمس مرتبطة، بطريقة ما، بالدوران الشمسي التفاضلي.
وبالعودة إلى عام 2021، عندما نُشرت النتيجة الأصلية، اعتقد الباحثون أن أنماط التذبذب طويلة المدى تعتمد على الدوران التفاضلي. ولكن بعد التحقيق الدقيق، وجد بيكي وزملاؤه أن العلاقة تسير في الاتجاهين. يتم تقليص الدوران التفاضلي بواسطة الموجات الصوتية العملاقة.
وللتحقق من العلاقة بين الاثنين، أجرى هو وزملاؤه عمليات محاكاة عددية ثلاثية الأبعاد، لاستكشاف تأثيرات التذبذبات. ووجد الباحثون أن الأوضاع عند خطوط العرض العليا – تلك التي تدور حول القطبين – لها تأثير عميق على سلوك الشمس عن طريق نقل الحرارة من القطبين إلى المنطقة الاستوائية.
ونظرًا لأن القطبين أكثر دفئًا من خط الاستواء، فإن هذا النقل الحراري يحد من اختلاف درجات الحرارة بين منطقتي العرض. وهذا يعني أن التباين بين القطبين وخط الاستواء لا يمكن أن يتجاوز 7 كلفن (7 درجات مئوية، أو 12.6 درجة فهرنهايت).
على الرغم من أن هذا الاختلاف ضئيل عند الحديث عن كرة من البلازما الساخنة التي تغلي بآلاف الدرجات، إلا أن نطاق درجة الحرارة هذا هو الذي يتحكم في النهاية في الدوران التفاضلي.
تصور أوضاع التذبذب طويلة الأمد التي تحد من اختلاف درجات الحرارة.
يشرح جيزون: “هذا الاختلاف الصغير جدًا في درجة الحرارة بين القطبين وخط الاستواء يتحكم في توازن الزخم الزاوي في الشمس، وبالتالي فهو آلية تغذية مرتدة مهمة لديناميكيات الشمس العالمية”.
على الرغم من أن العمليات مختلفة في بعض النواحي، إلا أنها تشبه الطريقة التي يمكن أن تنتج بها حالات عدم الاستقرار الجوي عواصف إعصارية عملاقة على الأرض. وبينما لا يزال هناك لغز كبير يتعين حله، فإن الارتباط بين العمليات يمكن أن يساعدنا في الوصول إلى هناك. تلعب أوضاع التذبذب في خطوط العرض العليا دورًا مهمًا في توجيه الدوران التفاضلي للشمس. وربما تلعب نفس الديناميكيات دورًا في النجوم الأخرى.
الشمس عبارة عن كرة كبيرة من اللهب في السماء، مليئة بالأسرار والألغاز. شيئا فشيئا، نقترب من حلها.
وقد تم نشر البحث في مجلة Science Advances.
