من أين تأتي الجسيمات عالية الطاقة التي تعرّض الأقمار الصناعية ورواد الفضاء وركاب الطائرات للخطر؟

ويمكن أن تؤدي هذه التفجيرات إلى زخات من الإشعاع قوية بما يكفي للوصول إلى الركاب في الطائرات، التي تحلق فوق القطب الشمالي.

وعلى الرغم من الجهود الجبارة التي بذلها العلماء، على مدى عقود، إلا أن تحديد نمط واضح لكيفية حدوث التفجيرات ومتى ستحدث، ظل دائما من الصعب تحديده.

إقرأ المزيد

ما عدد الصخور الفضائية التي تضرب القمر كل عام وهل تهدد الوجود البشري على سطحه؟

وفي ورقة بحثية حديثة، نُشرت في مجلة The Astrophysical Journal Letters، استخدم المؤلفان لوكا كوميسو ولورنزو سيروني، من قسم علم الفلك في كولومبيا ومختبر الفيزياء الفلكية، حواسيب عملاقة لمحاكاة متى وكيف تولد الجسيمات عالية الطاقة في البيئات المضطربة مثل تلك الموجودة في الغلاف الجوي، من الشمس.

وتمهد هذه الدراسة الجديدة الطريق لتنبؤات أكثر دقة حول وقت حدوث انفجارات خطيرة من هذه الجسيمات.

وقال كوميسو: "سيسمح لنا هذا البحث الجديد المثير بالتنبؤ بشكل أفضل بأصل الجسيمات الشمسية النشطة وتحسين نماذج التنبؤ بأحداث طقس الفضاء، وهو هدف رئيسي لناسا ووكالات الفضاء الأخرى والحكومات في جميع أنحاء العالم".

وأضاف أنه في غضون العامين المقبلين، قد يكون مسبار "باركر سولار بروب" التابع لناسا، أقرب مركبة فضائية للشمس، قادرا على التحقق من صحة نتائج الورقة من خلال المراقبة المباشرة للتوزيع المتوقع للجسيمات عالية الطاقة التي تتولد في الغلاف الجوي الخارجي للشمس.

وتوضح الورقة البحثية "تسارع الأيونات والإلكترون في اضطراب البلازما الحركي الكامل"، ويوضح كوميسو وسيروني أن الحقول المغناطيسية في الغلاف الجوي الخارجي للشمس يمكنها تسريع الأيونات والإلكترونات إلى سرعات قريبة من سرعة الضوء.

إقرأ المزيد

العلماء يكشفون أن جسمك سيتغير بحلول وقت وصولك إلى المريخ!

ويتكون الغلاف الجوي الخارجي للشمس والنجوم الأخرى من جسيمات في حالة بلازما، وهي حالة شديدة الاضطراب تختلف عن الحالة السائلة والغازية والصلبة.

ولطالما اعتقد العلماء أن بلازما الشمس تولد جزيئات عالية الطاقة. ولكن الجسيمات في البلازما تتحرك بشكل متقطع وغير متوقع لدرجة أنها لم تكن حتى الآن قادرة على توضيح كيف ومتى يحدث هذا بشكل كامل.

وباستخدام أجهزة الكمبيوتر العملاقة في كولومبيا ووكالة ناسا والمركز القومي لأبحاث الطاقة والحوسبة العلمية، ابتكر كوميسو وسيروني محاكاة حاسوبية تُظهر الحركات الدقيقة للإلكترونات والأيونات في بلازما الشمس.

وتقلد هذه المحاكاة ظروف الغلاف الجوي للشمس، وتوفر البيانات الأكثر شمولا التي وقع جمعها حتى الآن حول كيف ومتى تتشكل الجسيمات عالية الطاقة.

وتقدم الدراسة إجابات عن الأسئلة التي كان العلماء يحققون فيها لمدة 70 عاما على الأقل: في عام 1949، بدأ الفيزيائي إنريكو فيرمي بالتحقيق في المجالات المغناطيسية في الفضاء الخارجي كمصدر محتمل للجسيمات عالية الطاقة (التي أطلق عليها الأشعة الكونية) التي لوحظ دخولها الغلاف الجوي للأرض. ومنذ ذلك الحين، اشتبه العلماء في أن بلازما الشمس هي مصدر رئيسي لهذه الجسيمات، لكن إثبات ذلك كان صعبا بشكل قاطع.

إقرأ المزيد

حل لغز نيزكي يكشف قصة أصل النظام الشمسي

ويشار إلى أن دراسة كوميسو وسيروني لها آثار تتجاوز نظامنا الشمسي. والغالبية العظمى من المادة التي يمكن ملاحظتها في الكون في حالة البلازما. ويعد فهم كيفية تسريع بعض الجسيمات التي تشكل البلازما إلى مستويات عالية الطاقة، مجالا بحثيا جديدا مهما، حيث تلاحظة الجسيمات النشطة بشكل روتيني، ليس فقط حول الشمس ولكن أيضا في البيئات الأخرى عبر الكون، بما في ذلك محيط الثقوب السوداء والنجوم النيوترونية.

وبينما تركز ورقة كوميسو وسيروني الجديدة على الشمس، يمكن إجراء المزيد من عمليات المحاكاة في سياقات أخرى لفهم كيف ومتى ستولد النجوم البعيدة والثقوب السوداء والكيانات الأخرى في الكون دفعات من الطاقة الخاصة بها.

وقال كوميسو: "تتمحور نتائجنا حول الشمس، ولكن يمكن اعتبارها أيضا نقطة انطلاق لفهم أفضل لكيفية إنتاج الجسيمات عالية الطاقة في النجوم البعيدة وحول الثقوب السوداء".

المصدر: ساينس ديلي