حدث الجسيمات الشمسية

📅 آخر تحديث: ٢٣ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٣ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 1 صور
الموسوعة الحرة
حلقات ما بعد الانفجار في أعقاب التوهج الشمسي، صورة التقطها القمر الصناعي TRACE (صورة من وكالة ناسا)

حدث الجسيمات الشمسية ( SPE ) ، المعروف أيضًا باسم حدث الجسيمات الشمسية النشطة أو عاصفة الإشعاع الشمسي ، [ أ ] [ 1 ] هو ظاهرة شمسية تحدث عندما تتسارع الجسيمات المنبعثة من الشمس ، ومعظمها بروتونات ، إما في الغلاف الجوي للشمس أثناء التوهج الشمسي أو في الفضاء بين الكواكب بفعل صدمة قذف الكتلة الإكليلية . وقد تتسارع أيضًا نوى أخرى مثل الهيليوم وأيونات HZE . يمكن لهذه الجسيمات اختراق المجال المغناطيسي للأرض والتسبب في تأين جزئي للغلاف الأيوني . تشكل البروتونات النشطة خطرًا إشعاعيًا كبيرًا على المركبات الفضائية ورواد الفضاء .

وصف

تحدث الجسيمات الشمسية النشطة عندما تتسارع الجسيمات المشحونة في الغلاف الجوي للشمس إلى سرعات عالية للغاية. هذه الجسيمات المشحونة، والتي تُعرف بالجسيمات الشمسية النشطة ، يمكنها الهروب إلى الفضاء بين الكواكب، حيث تتبع المجال المغناطيسي بين الكواكب . عندما تتفاعل الجسيمات الشمسية النشطة مع الغلاف المغناطيسي للأرض ، يوجهها المجال المغناطيسي للأرض نحو القطبين الشمالي والجنوبي حيث يمكنها اختراق الغلاف الجوي العلوي. [ 2 ]

تعتمد الإدارة الوطنية الأمريكية للمحيطات والغلاف الجوي مقياساً لعواصف الإشعاع الشمسي يتراوح من S1 (خفيفة) إلى S5 (شديدة). [ 3 ]

سبب

لا تزال الآلية الفيزيائية الكامنة وراء تسارع الجسيمات الشمسية النشطة المؤدية إلى انبعاثات جسيمات الطاقة الشمسية موضع نقاش. ومع ذلك، يمكن عمومًا تقسيم هذه الانبعاثات إلى فئتين بناءً على آليات تسارعها.

أحداث تدريجية

يُعتقد أن الظواهر الشمسية التدريجية تتضمن تسارع الجسيمات بفعل الصدمات الناتجة عن الانبعاثات الكتلية الإكليلية في الطبقة العليا من الإكليل الشمسي . وهي مرتبطة بانفجارات الراديو من النوع الثاني، وتتميز بوفرة العناصر وحالات الشحنة ودرجات الحرارة المشابهة لدرجة حرارة الإكليل الشمسي المحيط. وتُنتج هذه الظواهر أعلى كثافة للجسيمات بالقرب من الأرض.

أحداث اندفاعية

يُعتقد أن الظواهر الشمسية الاندفاعية تتضمن تسارع الجسيمات في الغالب من خلال عمليات مرتبطة بإعادة الاتصال المغناطيسي وتفاعلات الموجات مع الجسيمات في مواقع التوهجات الشمسية . وهي مرتبطة بانبعاثات التوهجات قصيرة المدة على ارتفاعات منخفضة وانفجارات الراديو من النوع الثالث . وتكون أقل كثافة بالقرب من الأرض من الأحداث التدريجية. وقد تم تحديد فئة هجينة إضافية تتضمن خصائص كل من الأحداث التدريجية والاندفاعية. [ 4 ] [ 5 ]

التأثيرات الأرضية

عادةً ما تكون طاقة البروتونات المتسارعة أثناء التوهجات الشمسية غير كافية لاختراق المجال المغناطيسي للأرض. ومع ذلك، خلال التوهجات القوية بشكل غير عادي، يمكن تسريع البروتونات إلى طاقات كافية للوصول إلى الغلاف المغناطيسي للأرض والغلاف الأيوني حول القطب الشمالي والقطب الجنوبي .

أحداث امتصاص الغطاء القطبي

تصطدم البروتونات النشطة المتجهة إلى المناطق القطبية بمكونات الغلاف الجوي، مطلقةً طاقتها من خلال عملية التأين. وتترسب معظم هذه الطاقة في المنطقة السفلى (المنطقة D) من طبقة الأيونوسفير ( على  ارتفاع يتراوح بين 50 و80 كيلومترًا تقريبًا). وتكتسب هذه المنطقة أهمية خاصة في الاتصالات اللاسلكية عبر الأيونوسفير، نظرًا لأنها المنطقة التي يحدث فيها معظم امتصاص طاقة الإشارات اللاسلكية. ويؤدي التأين المتزايد الناتج عن البروتونات النشطة الواردة إلى زيادة مستويات الامتصاص في الطبقة السفلى من الأيونوسفير، وقد يتسبب في حجب جميع الاتصالات اللاسلكية عبر الأيونوسفير في المناطق القطبية بشكل كامل. وتُعرف هذه الظاهرة بظاهرة امتصاص القطبين. وتبدأ هذه الظاهرة وتستمر طالما تجاوزت طاقة البروتونات الواردة، التي تزيد عن 10 ملايين إلكترون فولت ، 10 وحدات تدفق جسيمات (pfu ) عند ارتفاعات الأقمار الصناعية المتزامنة مع الأرض .   

تُشكّل ظاهرة امتصاص القطب الشمالي للغطاء الجليدي وما يصاحبها من انقطاع في بثّ موجات الراديو عالية التردد تحدياتٍ فريدةً أمام الطيران التجاري والعسكري. فالمسارات الجوية التي تعبر المناطق القطبية ، وخاصةً فوق خط عرض 82 درجة شمالاً تقريباً، لا يمكنها الاعتماد إلا على اتصالات الراديو عالية التردد. لذا، إذا كانت ظاهرة امتصاص القطب الشمالي للغطاء الجليدي قائمةً أو متوقعةً، يتعين على شركات الطيران التجارية تغيير مساراتها بحيث تبقى اتصالات الراديو عالية التردد متاحة. [ 6 ] [ 7 ]

تحسينات على مستوى الأرض

يمكن للأحداث الإشعاعية الشديدة للغاية، القادرة على إنتاج بروتونات عالية الطاقة تتجاوز طاقتها 200 ميغا إلكترون فولت، أن تزيد من معدلات عدّ النيوترونات على مستوى سطح الأرض من خلال تأثيرات الإشعاع الثانوي. تُعرف هذه الأحداث النادرة باسم تعزيزات مستوى سطح الأرض (GLEs). [ 8 ] وقد تم رصد 77 حدثًا معروفًا من أحداث تعزيز مستوى سطح الأرض. [ 9 ] وقد تم رصد أقوى حدث معروف من أحداث تعزيز مستوى سطح الأرض في 23 فبراير 1956. [ 10 ] وتنتج بعض هذه الأحداث كميات كبيرة من أيونات HZE، على الرغم من أن مساهمتها في إجمالي الإشعاع ضئيلة مقارنةً بمستوى البروتونات. [ 11 ]

فعاليات مياكي

يُعتقد أن أحداث الجسيمات الشمسية مسؤولة عن أحداث مياكي ، وهي عبارة عن زيادات حادة ملحوظة في تركيز نظائر معينة موجودة في حلقات الأشجار. وقد مكّنت هذه الأحداث، التي اكتشفها الفيزيائي فوسا مياكي، من تحديد تاريخ عدد من أحداث الجسيمات الشمسية السابقة في سنوات محددة.

المخاطر

البشر

سُجّلت زيادات في الإشعاع خلال رحلات الطائرات التجارية العابرة للقطب على ارتفاعات عالية. وفي عام ٢٠١٩، أنشأت منظمة الطيران المدني الدولي مراكز الطقس الفضائي التي تنشر تنبيهات بشأن الطقس الفضائي ذات الصلة بالملاحة الجوية الدولية، وتصف آثار الطقس الفضائي على الطيران والإجراءات التخفيفية الممكنة. [ ١٢ ] أما رحلات الطائرات بعيدًا عن المناطق القطبية، فمن غير المرجح أن تتأثر بالظواهر الجوية الفضائية.

قد يتعرض رواد الفضاء الموجودون خارج الغلاف المغناطيسي للأرض، مثل رواد الفضاء المتجهين إلى القمر أو الموجودين عليه، لمستويات عالية من إشعاع البروتونات. مع ذلك، يمكن تقليل هذه الآثار إذا كان رواد الفضاء في مدار أرضي منخفض ، وظلوا محصورين في أكثر مناطق مركبتهم الفضائية حماية. تزداد مستويات إشعاع البروتونات في المدار الأرضي المنخفض مع ازدياد ميل المدار. لذا، كلما اقتربت المركبة الفضائية من المناطق القطبية، زاد تعرضها لإشعاع البروتونات عالي الطاقة.

مركبة فضائية

يمكن للبروتونات النشطة المنبعثة من عواصف البروتونات الشمسية أن تشحن المركبات الفضائية كهربائيًا إلى مستويات قد تُلحق الضرر بالمكونات الإلكترونية، كما قد تتسبب في خلل في عملها. فعلى سبيل المثال، قد تتعرض ذاكرة الحالة الصلبة في المركبة الفضائية للتلف، مما قد يؤدي إلى تلوث البيانات أو البرامج، وبالتالي تنفيذ أوامر وهمية غير متوقعة. كذلك، تُدمر عواصف البروتونات النشطة كفاءة الألواح الشمسية المصممة لجمع ضوء الشمس وتحويله إلى كهرباء. وخلال سنوات من التعرض لنشاط البروتونات النشطة من الشمس، قد تفقد المركبة الفضائية كمية كبيرة من الطاقة الكهربائية، مما قد يستدعي إيقاف تشغيل بعض الأجهزة المهمة.

عندما تصطدم البروتونات عالية الطاقة بالإلكترونيات البصرية الحساسة في المركبات الفضائية (مثل أجهزة تتبع النجوم والكاميرات الأخرى)، تحدث ومضات في الصور الملتقطة. قد يكون هذا التأثير شديدًا لدرجة أنه خلال الأحداث الشديدة، يتعذر الحصول على صور عالية الجودة للشمس أو النجوم. وهذا بدوره قد يتسبب في فقدان المركبة الفضائية لاتجاهها، وهو أمر بالغ الأهمية لكي يتمكن المتحكمون الأرضيون من الحفاظ على السيطرة عليها.

الظواهر المصاحبة

قد ترتبط أحداث البروتونات الكبيرة بالعواصف المغناطيسية الأرضية التي قد تُسبب اضطرابات واسعة النطاق في شبكات الكهرباء . مع ذلك، فإن أحداث البروتونات بحد ذاتها ليست مسؤولة عن إحداث أي خلل في شبكات الطاقة، ولا عن إحداث العواصف المغناطيسية الأرضية. فشبكات الطاقة حساسة فقط لتقلبات المجال المغناطيسي للأرض.

انظر أيضاً

ملاحظات توضيحية

  1. ↑ يُشار إلى أحداث الجسيمات الشمسية بشكل أقل شيوعًا باسم أحداث البروتونات الشمسية وأحداث البروتونات الفورية.

مراجع

  1. ^ جيغنز، ص. كلافي، سي. إيفانز، ه.؛ أوبراين، TP؛ ويتاسي، O.؛ ميشيف، ال. نيمينين، ب. دالي، إي. كاليجيف، ف؛ فلاسوفا، ن.؛ بوريسوف، س. بينك، س.؛ بويفي، C .؛ سياموكونجو، م.؛ مازور، J.؛ هايندريكس، د.؛ ساندبرج، أنا. بيرغر، T.؛ أوسوسكين، IG. باسيلتا، م.؛ فاينيو، ر. ستروب، يو. مولر، د.؛ سانشيز-كانو، ب. هاسلر، د.؛ براكس، J.؛ نيميلا، ب. ليبينن، ه.؛ بانكينن، أ.؛ أمينالراجيا-جياميني، إس؛ ناجاتسوما، ت. (يناير 2019). "البيانات الميدانية وارتباط التأثيرات خلال حدث الجسيمات الشمسية في سبتمبر 2017" . طقس الفضاء . 17 (1): 99-117 . Bibcode : 2019SpWea..17...99J . doi : 10.1029/2018SW001936 . hdl : 2078.1/227732 . S2CID 126398974 . 
  2. ↑ "عاصفة الإشعاع الشمسي" . www.swpc.noaa.gov . مركز التنبؤ بالطقس الفضائي، الإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي . تم الاطلاع عليه بتاريخ 10 يوليو 2022 .
  3. ↑ "مقاييس الطقس الفضائي التابعة للإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي" . مركز التنبؤ بالطقس الفضائي، الإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي . تم الاطلاع عليه بتاريخ 19 يناير 2026 .
  4. ↑ كليفر، إي دبليو (1996). "انبعاث أشعة غاما من التوهجات الشمسية والجسيمات النشطة في الفضاء" . وقائع مؤتمر معهد الفيزياء الأمريكي . 374 : 45-60 . رمز Bibcode : 1996AIPC..374...45C . doi : 10.1063/1.50980 . تاريخ الاسترجاع: 10 يوليو 2022 .
  5. ^ برونو، أ. بازيليفسكايا، جورجيا؛ بوزيو، م. كريستيان، ER؛ نولفو، جورجيا دي؛ مارتوتشي، م. دمج، م. ميخائيلوف، ف.ف. مونيني، ر. ريتشاردسون، إي جي؛ ريان، JM. ستوشاج، س. أدرياني، O .؛ باربارينو، جي سي؛ بيلوتي، ر.؛ بوغومولوف، EA؛ بونجي، م. بونفيسيني، V.؛ بوتاي، س.؛ كافاجنا، ف؛ كامبانا، د.؛ كارلسون، ب. كاسولينو، م.؛ كاستيليني، ج؛ سانتيس، سي دي؛ فيليس، ف. دي؛ جالبر، صباحا؛ كارلين، AV. كولدشوف، SV. كولدوبسكي، س. كروتكوف، سي. كفاشنين، أن. ليونوف، أ. مالاخوف، ف؛ مارسيلي، L.؛ مايوروف، AG. مين، دبليو؛ موكيوتي، إي. موناكو، أ.؛ موري، ن.؛ أوستريا، ج.؛ بانيكو، ب. بابيني، ب. بيرس، م. بيكوزا، ب. ريتشي، م. ريتشاريني، س.ب. سيمون، م. سبارفولي، ر. سبيلانتيني، P .؛ ستوزكوف، يي؛ فاتشي، أ.؛ فانوتشيني، إي. فاسيليف، جي. فورونوف، سا. يوركين، واي تي؛ زامبا، ج؛ زامبا، ن. (26 يوليو 2018). "أحداث الجسيمات الطاقة الشمسية التي رصدتها بعثة باميلا" . مجلة الفيزياء الفلكية . 862 (2): 97. أرخايف : 1807.10183 . بيب كود : 2018ApJ...862...97B . دوى : 10.3847/1538-4357/aacc26 . S2CID 118873810 . 
  6. ^ باكتيل، ب. فرايزر، م. هادالر، O .؛ مينكنر، C.؛ باندي، م.؛ رويس، دبليو؛ رحمان، د.؛ سانتوني، ف. فاساتكا، J.؛ Zhiganov، A. “عمليات الطريق القطبي” (PDF) . العمليات القطبية بواسطة بوينغ . وردبرس.كوم . تم الاسترجاع في 23 أبريل 2024 .
  7. ↑ ساور، إتش إتش؛ ويلكنسون، دي سي (2008). "رسم خرائط عالمية لامتصاص موجات الراديو عالية التردد/عالية التردد في طبقة الأيونوسفير نتيجةً للبروتونات الشمسية النشطة". طقس الفضاء . 6 (12). رمز Bibcode : 2008SpWea...612002S . doi : 10.1029/2008SW000399 .
  8. ↑ بولويانوف، س.؛ أوسوسكين، إ.؛ ميشيف، أ.؛ شيا، م.؛ سمارت، د. (2017). "إعادة تعريف GLE و Sub-GLE في ضوء أجهزة رصد النيوترونات القطبية عالية الارتفاع". الفيزياء الشمسية . 292 (11): 176. arXiv : 1711.06161 . Bibcode : 2017SoPh..292..176P . doi : 10.1007/s11207-017-1202-4 .
  9. ↑ قاعدة بيانات GLE الدولية
  10. ↑ أوسوسكين، إي.؛ كولدوبسكي، إس.؛ كوفالتسوف، جي.؛ روزانوف، إي.؛ سوخودولوف، تي.؛ ميشيف، إم.؛ ميرونوفا، آي. (2020). "إعادة النظر في حدث البروتونات الشمسية المرجعي بتاريخ 23 فبراير 1956: تقييم حساسية طريقة النظائر الكونية للأحداث الشمسية المتطرفة" . مجلة البحوث الجيوفيزيائية . 125 : 6. arXiv : 2005.10597 . doi : 10.1029/2020JA027921 .
  11. ↑ مساهمة الأيونات ذات الشحنة العالية والطاقة العالية (HZE) خلال حدث الجسيمات الشمسية في 29 سبتمبر 1989 كيم، ميونغ هي واي؛ ويلسون، جون دبليو؛ كوتشينوتا، فرانسيس إيه؛ سيمونسن، ليزا سي؛ أتويل، ويليام؛ بادافي، فرانسيس إف؛ ميلر، جاك، مركز جونسون للفضاء التابع لناسا؛ مركز لانغلي للأبحاث، مايو 1999.
  12. ↑ الوثيقة رقم 10100، دليل معلومات الطقس الفضائي لدعم الملاحة الجوية الدولية . مونتريال، كندا: منظمة الطيران المدني الدولي (ICAO). 2019. رقم ISBN 978-92-9258-662-1.