دانشمندان دانشگاه هاوایی با شبیه‌سازی جدید نشان دادند که تغییر ترکیب عناصر در تاج خورشید علت اصلی شکل‌گیری سریع باران خورشیدی است.
به گزارش تکناک، این پدیده که هیچ ارتباطی با بارش آب ندارد، در لایه بیرونی خورشید موسوم به تاج خورشید (Corona) رخ می‌دهد و شامل فروریختن توده‌هایی از پلاسما است که پس از خنک شدن در ارتفاعات بالا، دوباره به سمت سطح خورشید سقوط می‌کنند.
پژوهشگران برای دهه‌ها نمی‌دانستند که چرا این باران پلاسما در زمان شراره‌های خورشیدی با چنین سرعتی شکل می‌گیرد. اما اکنون گروهی از محققان دانشگاه هاوایی با بهره‌گیری از شبیه‌سازی‌های جدید، علت واقعی آن را پیدا کرده‌اند.
تاج خورشید که از پلاسمای بسیار داغ تشکیل شده است، به وسیله تابش، انرژی خود را از دست می‌دهد و خنک می‌شود. اما تا پیش از این، مدل‌های علمی فرض می‌کردند که ترکیب عناصر در این ناحیه همواره ثابت است. در واقع، دانشمندان معمولاً مقدار عناصری مانند آهن، سیلیسیم و کلسیم را در همه بخش‌های تاج یکسان در نظر می‌گرفتند. این در حالی است که تحقیقات جدید نشان داده ترکیب شیمیایی در مناطق مختلف تاج متغیر است و همین تغییرات، نقش اصلی را در شکل‌گیری باران خورشیدی ایفا می‌کند.
«لوک بناویتز» (Luke Benavitz)، دانشجوی کارشناسی‌ارشد و از اعضای اصلی تیم تحقیق در توضیح این یافته گفت: «مدل‌های فعلی فرض می‌کنند که توزیع عناصر در تاج خورشید در همه‌جا و در تمام زمان‌ها ثابت است، اما ما می‌دانیم که چنین نیست. در واقع، تغییرات همین عناصر است که رفتار پلاسما را تعیین می‌کند.»
محققان برای بررسی دقیق‌تر، نرم‌افزار پیشرفته‌ای به‌نام HYDRAD را به‌روزرسانی کردند. این ابزار شبیه‌سازی، رفتار پلاسما را در امتداد خطوط میدان مغناطیسی خورشید مدل‌سازی می‌کند. در نسخه جدید، برخلاف مدل‌های گذشته، ترکیب عناصر می‌تواند در فضا و زمان تغییر کند، به‌ویژه در مورد عناصری که پتانسیل یونیزاسیون اولیه کمی دارند (Low-FIP elements) و تأثیر چشمگیری بر فعالیت خورشیدی می‌گذارند.
تیم تحقیقاتی با افزودن معادله‌ای جدید برای ردیابی این عناصر در طول زمان، موفق شد مدل را به واقعیت نزدیک‌تر کند. نتایج این مدل اصلاح‌شده با داده‌های واقعی پدیده باران خورشیدی مطابقت چشمگیری داشت.
در شبیه‌سازی‌های انجام‌شده، پلاسما از لایه‌های پایین‌تر خورشید بالا می‌رود (فرایندی موسوم به تبخیر کروموسفری) و در امتداد قوس‌های مغناطیسی تاج جریان پیدا می‌کند. در بیشتر نقاط این قوس، مقدار عناصر کم-FIP کاهش می‌یابد، اما در رأس قوس یا همان نقطه اوج، تراکم این عناصر افزایش پیدا می‌کند. این افزایش، باعث تابش بیشتر و در نتیجه خنک شدن سریع پلاسما در همان نقطه می‌شود و در نهایت توده چگال پلاسما تشکیل و به صورت «باران خورشیدی» فرو می‌ریزد.
این پژوهش نه‌تنها نحوه شکل‌گیری باران خورشیدی را توضیح می‌دهد، بلکه نشان می‌دهد مدل‌های پیشین به‌دلیل نادیده گرفتن تغییرات زمانی و مکانی عناصر، تصویر درستی از رفتار واقعی جو خورشید ارائه نمی‌دادند. اکنون با لحاظ کردن این تغییرات، دانشمندان می‌توانند فرایندهای خنک‌سازی و گرمایش تاج خورشید را با دقت بسیار بیشتری شبیه‌سازی کنند.
داده‌های مأموریت فضایی Hinode/EIS نیز این یافته‌ها را تأیید کرده است. در مشاهدات، مشخص شد که باران خورشیدی دارای «اثر انگشت عنصری» خاصی است؛ یعنی در حالی که خود قطرات پلاسما ترکیب شیمیایی شبیه فتوسفر خورشید دارند، نواحی داغ پیرامون آنها ساختار ترکیبی تاجی را حفظ می‌کنند. این موضوع دقیقاً همان چیزی است که مدل جدید پیش‌بینی کرده بود.
بناویتز در ادامه بیان کرد: «زمانی که به مدل اجازه می‌دهیم تغییرات عناصر را در طول زمان لحاظ کند، نتایج به‌طرز شگفت‌انگیزی با مشاهدات واقعی هماهنگ می‌شود. در این حالت، فیزیک خورشید برای نخستین‌بار واقعاً زنده به نظر می‌رسد.»
«جفری ریپ» (Jeffrey Reep)، یکی از پژوهشگران هم‌نویس مقاله نیز گفت: «این کشف بسیار اهمیت دارد، چرا که ما نمی‌توانیم فرایند گرمایش خورشید را به طور مستقیم ببینیم؛ پس از فرایند خنک شدن به عنوان شاخصی غیرمستقیم استفاده می‌کنیم. اگر مدل‌های پیشین ترکیب عناصر را به‌درستی لحاظ نکرده باشند، به احتمال زیاد زمان خنک شدن را بیش از مقدار واقعی برآورد کرده‌اند. بنابراین شاید لازم باشد نظریه‌های گرمایش تاج خورشیدی را بازنگری کنیم.»
به این ترتیب، یافته‌های جدید دانشگاه هاوایی نه‌تنها راز باران خورشیدی را روشن کرده، بلکه نگاه تازه‌ای به فرایندهای پیچیده انرژی در جو خورشید ارائه داده است؛ نگاهی که می‌تواند مسیر تحقیقات آینده در فیزیک خورشید را به طور بنیادین تغییر دهد.
