چرا چرخه‌ی لکه‌های خورشیدی ۱۱ ساله است؟
چرا چرخه‌ی لکه‌های خورشیدی ۱۱ ساله است؟
مجله علمی ایلیاد - فعالیت مغناطیسی خورشید از یک چرخه‌ی یازده ساله تبعیت می‌کند. در طول چرخه‌ی خورشیدی، فعالیت مغناطیسی این ستاره کم و زیاد می‌شود. در طول حداکثر فعالیت خورشیدی، لکه‌های بزرگ و مناطق فعال در سطح خورشید پدیدار می‌شوند.
حلقه‌هایی چشم‌نواز از پلاسمای داغ در سراسر اتمسفر خورشید وجود دارد، ستاره‌ی ما طوفان‌هایی از ذرات و تشعشعات را به درون فضای میان‌سیاره‌ای پرتاب می‌کند. در صورتی که فعالیت خورشید در کمترین مقدار خود باشد، این ستاره با آرامش به کارش ادامه می‌دهد. در نمودار پروانه‌ای بالا، موقعیت لکه‌های خورشیدی را می‌بینیم که نظم بسیار قابل‌ملاحظه‌ای دارند. در آغاز چرخه‌ی فعالیت خورشید، لکه‌ها در ارتفاع میانی دیده می‌شوند. همچنان که چرخه‌ی تداوم می‌یابد، لکه‌ها در بخش استوا نیز خود را نمایان می‌سازند. به منظور توضیح این نمودار پروانه‌ای، فیزیکدان‌ها این گمانه را مطرح کرده‌اند که میدان مغناطیسی عمیق با جریانی بزرگ مقیاس، به سمت استوای خورشید هدایت می‌شود.
پروفسور «لوران گیزون»، مدیر «MPS» و نویسنده‌ی نخست این مقاله، می‌گوید: «در طی چرخه‌ی فعالیت خورشید، جریان نصف‌النهاری مثل کمربندی عمل می‌کند که میدان مغناطیسی را تحت تاثیر قرار داده و دوره‌ی چرخه‌ی خورشیدی را تنظیم می‌کند. بررسی و مشاهده‌ی ویژگی‌های هندسی و بزرگی حرکاتِ بخش‌های درونی خورشید، می‌تواند درک ما دانشمندان را نسبت به میدان مغناطیسی خورشید ارتقاء ببخشد. به همین منظور، من و همکارانم از روش لرزه‌نگاری خورشید برای ترسیم جریان پلاسما در زیر سطح خورشید استفاده کردیم.»
متخصصان روش لرزه‌نگاری خورشیدی از امواج صوتی برای بررسی بخش‌های درونی خورشید استفاده می‌کنند؛ یعنی به همان روشی که ژئوفیزیکدان‌ها از زلزله‌نگاری برای بررسی بخش‌های درونی زمین استفاده می‌کنند. امواج صوتی خورشید دارای دوره‌های ۵ دقیقه‌ای هستند و همرفتیِ سطح به‌طور پیوسته آن‌ها را تحت تاثیر قرار می‌دهد. حرکات مرتبط با امواج صوتی خورشید را می‌توان با تلسکوپ‌های نصب‌شده بر روی فضاپیماها یا از طریق زمین مورد اندازه‌گیری قرار داد. در این مطالعه، گیزون و تیمش از مشاهدات امواج صوتی در بخش سطح که در جهت شمال–جنوب منتشر می‌شود، استفاده کردند. این امواج تحت تاثیر جریان نصف‌النهاری قرار دارند و با سرعت بیشتری در امتداد جریان حرکت می‌کنند. محققان این آشفتگی‌های کوتاه‌مدت را با دقت بالایی اندازه گرفتند و به تحلیل و بررسی‌شان پرداختند. در این راستا از مدل‌های ریاضی و رایانه‌های پیشرفته کمک گرفته شد.
چون جریان نصف‌النهاری کوچک است، مشاهده‌ی آن در بخش درونی خورشیدی با دشواری قابل‌ملاحظه‌ای همراه است. گیزون می‌گوید: «جریان نصف‌النهاری در مقایسه با سایر مولفه‌های جنبش، از قبیل چرخش خورشید، آهسته‌تر است. جریان نصف‌النهاری در سراسر ناحیه‌ی همرفتی بیشتر از مقدار سطحی حداکثری ۵۰ کیلومتر بر ساعت نیست. برای اینکه از میزان نویزها در روش لرزه‌نگاری کم کنیم، ضروری است که از اندازه‌گیری‌ها در بازه‌های زمانی بسیار طولانی میانگین بگیریم.»
تیم دانشمندان موفق شدند دو سری داده مستقل را برای نخستین بار مورد تجزیه‌وتحلیل قرار دهند. یک سری از داده‌ها توسط قدیمی‌ترین رصدخانه‌ی خورشیدی در فضا، یعنی «SOHO» به‌دست آمد. لازم به ذکر است که SOHO به‌طور مشترک توسط آژانس فضایی اروپا و ناسا مدیریت می‌شود. داده‌هایی که SOHO جمع‌آوری کرده، بازه‌ای برابر با سال‌های ۱۹۹۶ تا ۲۰۱۱ را شامل می‌شود.
سری دوم داده‌ها توسط گروه «GONG» گردآوری شد. این گروه شامل چند تلسکوپ خورشیدیِ واقع در زمین است که عبارت‌اند از تلسکوپ‌های واقع در آمریکا، استرالیا، هند، اسپانیا و شیلی که از سال ۱۹۹۵ به‌طور مداوم مشغول رصد خورشید بوده‌اند. دکتر «جان لیباشر» مدیر اسبق پروژه‌ی GONG، می‌گوید: «جامعه‌ی بین‌المللی فیزیک خورشید، باید برای ارائه‌ی این مجموعه داده‌‌های گوناگون مورد تمجید قرار گیرد. این مجموعه داده‌ها دو چرخه‌ی آخر خورشید را تحت پوشش قرار داده است. این داده‌ها به ما دانشمندان کمک خواهد کرد تا به درستی درباره‌ی سازوکارهای درون خورشید استنباط کنیم.»
گیزون و تیمش به این نتیجه رسیدند که جریان نصف‌النهاری در پایه‌ی ناحیه‌ی همرفتی با سرعتی بالغ بر ۱۵ کیلومتر بر ساعت به سمت استوا متمایل می‌شود. این جریان در سطح خورشید به سمت قطب گرایش دارد و سرعت آن به ۵۰ کیلومتر بر ساعت نیز می‌رسد. لذا این تصویر کلی به‌دست آمده که پلاسما در حلقه‌ای عظیم در هر یک از نیمکره‌ها در حال گردش است. نکته‌ی قابل‌توجه این است که زمان لازم برای پلاسما به منظور تکمیل حلقه، تقریباً ۲۲ سال است. لذا دانشمندان به توضیح فیزیکی مناسبی در خصوص چرخه‌ی یازده ساله‌ی خورشید، دست یافته‌اند. یکی از اعضای تیم در پایان می‌گوید: «هنوز مشخص نیست که چرا جریان نصف‌النهاری به این شکل عمل می‌کند و چه نقشی در کنترل فعالیت مغناطیسی در ستاره‌های دیگر ایفا می‌کند.»