التباين المكاني لآليات نقل الطاقة داخل شرائط التوهج الشمسي

لماذا تهم التوهجات الشمسية الحياة اليومية

التوهجات الشمسية هي انفجارات هائلة على الشمس يمكن أن تعطل الأقمار الصناعية وإشارات الراديو وأنظمة الملاحة وحتى شبكات الكهرباء على الأرض. للتنبؤ بهذه العواصف الفضائية والاستعداد لها، يحتاج العلماء إلى فهم ليس فقط مقدار الطاقة التي تطلقها التوهجة، بل كيف تنتقل هذه الطاقة عبر غلاف الشمس الجوي بالضبط. يستعرض هذا المقال اكتشافًا مفاجئًا: حتى داخل توهجة واحدة، يمكن لأجزاء مختلفة من نفس "الشريط" الساطع على الشمس أن تُغذّى بطرق مختلفة جدًا.

شرائط ساطعة على شمس هائجة

عندما تنفجر توهجة شمسية، تطلق الطاقة في طبقات الشمس العليا وتدفعها أسفلًا على طول "حلقات" مغناطيسية إلى السطح. حيث تلامس هذه الحلقات الشمس، تتوهج على شكل أشرطة طويلة ورفيعة تُسمّى شرائط التوهج. تمثّل هذه الشرائط الآثار المرئية للتوهج. باستخدام مسبار الشمس (Solar Orbiter)، ركّز الفريق على توهجة "صغيرة" حدثت بالقرب من توهجة أكبر بكثير. رصد جهاز يُسمّى SPICE شريطًا ضيقًا من سطح الشمس بلقطات سريعة كل خمس ثوانٍ، ملتقطًا نقطتي قدم للشريط منفصلتين: واحدة ساطعة ومكثفة في الشريط العلوي، وأخرى أضعف وبطيئة في الشريط السفلي.

الاستماع إلى الشمس بضوء الهيدروجين

لاكتشاف كيف تتحرك الطاقة، لم يكتف الباحثون بقياس شدة التوهج. بل قاسوا نسبة بصمتين فوق بنفسجيتين للهيدروجين تُعرفان باسم ليمن بيتا وليمن غاما. تتكوّن هذه الخطوط الطيفية في الغلاف الجوي السفلي للشمس وهي حسّاسة جدًا للتسخين. في الظروف الهادئة تبقى نسبة شدتهما ثابتة تقريبًا، لكن أثناء التوهج انخفضت فجأة. عند نقطة القدم الساطعة العلوية، هبطت النسبة بسرعة إلى قيم أقل بكثير لمدة نحو نصف دقيقة قبل أن تتعافى. أما عند نقطة القدم الأضعف السفلية، فقد انخفضت النسبة بشكل أكثر اعتدالًا لكنها ظلت منخفضة لفترة أطول بكثير. لمّحت هذه الفروقات إلى أن التوهجة نفسها كانت تسخّن مناطق مجاورة على الشمس بطرق مختلفة للغاية.

اختبار مسارات الطاقة بمحاكيات عملاقة

لتفسير هذه التغيرات، لجأ الفريق إلى محاكاة حاسوبية مفصلة لحلقات التوهج تتتبّع كيف يستجيب الغاز والضوء والجسيمات لمدخل طاقة مفاجئ. استكشفوا عدة سيناريوهات. في بعضها، تحمل حزم من الإلكترونات أو البروتونات السريعة جدًا — التي تُسمى غالبًا جسيمات غير حرارية — الطاقة أسفل الحلقة وتصطدم بطبقات أكثر كثافة أدناه. في أخرى، يُسخّن قمة الحلقة ببساطة، ثم يتدفّق الطاقة إلى الأسفل كحرارة عادية عبر التوصيل الحراري، مثل انتثار الحرارة على طول قضيب معدني. من كل محاكاة ولّدوا طيفًا اصطناعيًا وحسبوا كيف سيبدو نسبة ليمن بيتا/ليمن غاما لأداة مثل SPICE، مع الأخذ بالاعتبار ضبابية وضوضاء الجهاز الحقيقي.

محركان مختلفان في توهجة واحدة

كان التباين ملحوظًا. أنتجت المحاكيات التي كانت فيها الجسيمات النشطة تقصف الغلاف الجوي السفلي هبوطًا سريعًا وعميقًا في نسبة ليمن يتطابق عن كثب مع سلوك نقطة القدم الساطعة العلوية. أظهرت النماذج المدفوعة أساسًا بالتوصيل الحراري، دون حزم جسيمية قوية، انخفاضًا أصغر وأكثر تدريجيّة — مماثل جدًا لنقطة القدم الأضعف السفلية. أظهرت نمذجة إضافية لقوس كامل من الحلقات المغناطيسية أن شقًا مثل شق SPICE الذي يعبر مثل هذا التركيب سيرى بالفعل مصدرًا ساطعًا قصير العمر حيث تمطر الجسيمات، ومصدرًا أضعف أطول عمرًا حيث يتسلّل الحرارة إلى الأسفل بلطف أكثر. مجتمعة، تشير الملاحظات والنماذج إلى أن مقطعًا واحدًا من الشريط كان يغذّيه أساسًا جسيمات سريعة، بينما المقطع المجاور كان يغذّيه أساسًا تدفّق حراري هابط من الأعلى.

إعادة التفكير في كيفية إيصال التوهجات لصدمتها

يتحدى هذا العمل الرأي السائد طويلًا بأن حزم الإلكترونات النشيطة تهيمن على نقل الطاقة على طول شريط التوهج بأكمله. بدلًا من ذلك، يبيّن أن آليات مختلفة يمكن أن تتولّى المهمة في أماكن مختلفة، حتى ضمن نفس الحدث وعلى بعد آلاف الكيلومترات فقط. تبين أن نسبة بسيطة بين خطين من الهيدروجين تشكل معيارًا تشخيصيًا قويًا لتحديد أين ومتى توجد الجسيمات السريعة، وكم مدّة نشاطها. مع وصول تلسكوبات شمسية أحدث ذات دقة وسرعة أعلى لرصد شرائط التوهج، ستساعد هذه التقنيات العلماء في رسم مسارات الطاقة الخفية للشمس بتفاصيل أدق، مما يحسّن في النهاية قدرتنا على التنبؤ بالعواصف الشمسية التي تؤثر في التكنولوجيا والحياة على الأرض.

الاستشهاد: Kerr, G.S., Krucker, S., Allred, J.C. et al. Spatial variation of energy transport mechanisms within solar flare ribbons. Nat Astron 10, 202–213 (2026). https://doi.org/10.1038/s41550-025-02747-9

الكلمات المفتاحية: التوهجات الشمسية, شرائط التوهج, طقس الفضاء, نقل الطاقة, مسبار الشمس (Solar Orbiter)