كيف تعمل مشاعل الطاقة الشمسية والمخاطر التي تشكلها

يطلق على وميض سطوع مفاجئ على سطح الشمس التوهج الشمسي. إذا ظهر التأثير على نجمة بجانب شمس، وتسمى هذه الظاهرة مضيئة النجمية. النجم أو التوهج الشمسي يطلق كمية هائلة من الطاقة، عادة بترتيب 1 × 10²⁵ جول، على نطاق واسع من الأطوال الموجية والجزيئات. هذه الكمية من الطاقة قابلة للمقارنة مع انفجار مليار من ميناتون من مادة TNT أو عشرة ملايين ثوران بركاني. بالإضافة إلى الضوء ، قد ينطلق التوهج الشمسي من الذرات والإلكترونات والأيونات إلى الفضاء فيما يسمى طرد الكتلة التاجية. عندما يتم إطلاق الجسيمات بواسطة الشمس ، فإنها تكون قادرة على الوصول إلى الأرض خلال يوم أو يومين. لحسن الحظ ، قد يتم إخراج الكتلة للخارج في أي اتجاه ، لذلك لا تتأثر الأرض دائمًا. لسوء الحظ ، لا يمكن للعلماء التنبؤ بالتوهجات ، بل ينذرون بالتحذير عند حدوثها.

كان أقوى التوهج الشمسي هو الأول الذي تم رصده. وقع الحدث في 1 سبتمبر 1859 ، ويسمى عاصفة شمسية من 1859 أو "كارينغتون الحدث". تم الإبلاغ عنها بشكل مستقل من قبل الفلكي ريتشارد كارينجتون وريتشارد هودجسون. كان هذا التوهج مرئيًا للعين المجردة ، حيث أشعل النار في أنظمة التلغراف ، وأنتج أورورا طولًا وصولًا إلى هاواي وكوبا. في حين لم يكن لدى العلماء في ذلك الوقت القدرة على قياس قوة التوهج الشمسي ، فقد تمكن العلماء الحديثون من إعادة بناء الحدث استنادًا إلى النترات والنظير

مثل الكواكب ، تتكون النجوم من طبقات متعددة. في حالة التوهج الشمسي ، تتأثر جميع طبقات الغلاف الجوي للشمس. بمعنى آخر ، يتم إطلاق الطاقة من الصور الضوئية والكروموسفير والهالة. مشاعل تميل إلى الحدوث بالقرب من البقع الشمسية، وهي مناطق المجالات المغناطيسية الشديدة. هذه الحقول تربط جو الشمس بداخله. يُعتقد أن التوهجات ناتجة عن عملية تسمى إعادة التوصيل المغناطيسي ، عندما تتفكك حلقات القوة المغناطيسية وتعاود الانضمام إلى طاقة الإطلاق. عندما يتم إطلاق الطاقة المغناطيسية فجأة بواسطة الإكليل (يعني فجأة خلال دقائق) ، يتم تسريع الضوء والجزيئات في الفضاء. يبدو أن مصدر المادة المنبعثة هو مادة من المجال المغناطيسي الحلزوني غير المتصل ، مع ذلك ، العلماء لم تنجح تماما في كيفية عمل مشاعل ولماذا في بعض الأحيان تكون هناك جزيئات تم إطلاقها أكثر من الكمية الموجودة في حلقة الاكليلية. تصل البلازما في المنطقة المصابة إلى درجات الحرارة حسب الترتيب عشرات ملايين كلفن، وهو ما يقرب من حرارة الشمس الأساسية. يتم تسريع الإلكترونات والبروتونات والأيونات من الطاقة الشديدة إلى سرعة الضوء تقريبًا. الاشعاع الكهرومغناطيسي يغطي الطيف بأكمله ، من أشعة جاما إلى موجات الراديو. إن الطاقة المنبعثة في الجزء المرئي من الطيف تجعل بعض التوهجات الشمسية مرئية للعين المجردة ، ولكن معظم الطاقة خارج النطاق المرئي ، لذلك تتم ملاحظة التوهجات باستخدام الأجهزة العلمية. لا يمكن التنبؤ بسهولة ما إذا كان التوهج الشمسي مصحوبًا بقذف كتلة إكليلية أم لا. قد تنطلق التوهجات الشمسية أيضًا من رذاذ التوهج ، الذي يتضمن إخراج مادة أسرع من البروز الشمسي. يمكن أن تصل الجسيمات المنبعثة من رذاذ التوهين إلى سرعة تتراوح من 20 إلى 200 كيلومتر في الثانية (kps). لوضع هذا في المنظور ، و سرعة الضوء هو 299.7 كيلوبت في الثانية!

تحدث التوهجات الشمسية الأصغر في كثير من الأحيان أكثر من التوهجات الكبيرة. يعتمد تواتر حدوث أي توهج على نشاط الشمس. بعد دورة الطاقة الشمسية التي تبلغ 11 عامًا ، قد يكون هناك عدة مشاعل يوميًا خلال جزء نشط من الدورة ، مقارنة بأقل من واحد في الأسبوع خلال مرحلة هادئة. خلال نشاط الذروة ، قد يكون هناك 20 مشاعل في اليوم وأكثر من 100 في الأسبوع.

استندت طريقة سابقة لتصنيف التوهج الشمسي إلى شدة خط Hα للطيف الشمسي. يصنف نظام التصنيف الحديث التوهجات وفقًا لتدفقاتها القصوى التي تتراوح من 100 إلى 800 بيكومتر بالأشعة السينية ، كما لاحظت المركبة الفضائية GOES التي تدور حول الأرض.

يتم تصنيف كل فئة بدرجة أكبر على مقياس خطي ، بحيث تكون لهجة X2 ضعف قوة التوهج X1.

تنتج التوهجات الشمسية ما يسمى بالطقس الشمسي على الأرض. تؤثر الرياح الشمسية على الغلاف المغناطيسي للأرض ، وتنتج أورورا بورياليس وأستراليا ، وتسبب خطرًا للإشعاع على الأقمار الصناعية والمركبات الفضائية ورواد الفضاء. معظم المخاطر تتعلق بالأجسام الموجودة في مدار أرضي منخفض ، لكن إخراج الكتلة الإكليلية من التوهجات الشمسية يمكن أن يؤدي إلى تدمير أنظمة الطاقة على الأرض وتعطيل الأقمار الصناعية تمامًا. إذا سقطت الأقمار الصناعية ، فإن الهواتف المحمولة وأنظمة GPS ستكون بلا خدمة. ال ضوء الأشعة فوق البنفسجية و الأشعة السينية صدر عن انفجار تعطل الراديو طويل المدى ، ومن المرجح أن تزيد من خطر حروق الشمس والسرطان.

في كلمة واحدة: نعم. في حين أن الكوكب نفسه سوف ينجو من مواجهة مع "طائرة عملاقة" ، يمكن قصف الغلاف الجوي بالإشعاع ويمكن طمس كل الحياة. لاحظ العلماء أن إطلاق المركبات الفائقة من النجوم الأخرى أقوى بمقدار 10،000 مرة من التوهج الشمسي النموذجي. في حين أن معظم هذه التوهجات تحدث في النجوم التي لديها حقول مغناطيسية أكثر قوة من شمسنا ، حوالي 10 ٪ من الوقت للنجم مماثلة أو أضعف من الشمس. من خلال دراسة حلقات الأشجار ، يعتقد الباحثون أن الأرض قد خضعت لصورتين عظميين صغيرتين - واحدة في 773 درجة مئوية ، وواحدة أخرى في عام 993 م. من الممكن أن نتوقع نزاعًا فائقًا تقريبًا مرة واحدة في الألفية. فرصة وجود فائق مستوى الانقراض غير معروف.

حتى المشاعل العادية يمكن أن يكون لها عواقب مدمرة. كشفت ناسا الأرض ضاعت بفارق ضئيل توهج شمسي كارثي في 23 يوليو 2012. لو كان التوهج قد حدث قبل أسبوع واحد فقط ، عندما تم توجيهه إلينا مباشرة ، لكان المجتمع قد عاد إلى العصور المظلمة. كان للإشعاع الشديد تعطيل الشبكات الكهربائية والاتصالات و GPS على نطاق عالمي.

ما مدى احتمال حدوث مثل هذا الحدث في المستقبل؟ يحسب الفيزيائي بيت رايل احتمالات حدوث التوهج الشمسي المضطرب وهو 12٪ لكل 10 سنوات.

في الوقت الحاضر ، لا يمكن للعلماء التنبؤ بالهب الشمسي بأي درجة من الدقة. ومع ذلك ، يرتبط نشاط البقع الشمسية العالية بزيادة فرصة إنتاج التوهج. يتم استخدام مراقبة البقع الشمسية ، خاصةً النوع الذي يسمى بقع دلتا ، لحساب احتمالية حدوث التوهج ومدى قوته. إذا تم التنبؤ بوقوع قوي (فئة M أو X) ، تصدر الإدارة القومية للمحيطات والغلاف الجوي (NOAA) في الولايات المتحدة تنبؤًا / تحذيرًا. عادة ، يسمح التحذير لمدة 1-2 أيام من الإعداد. في حالة حدوث التوهج الشمسي وطرد الكتلة الإكليلية ، فإن شدة تأثير التوهج على الأرض تعتمد على نوع الجسيمات المنبعثة ومدى مواجهتها مباشرة للأرض.

• "Big Sunspot 1520 تطلق سيارة الفئة X1.4 من فئة مضيئة مع توجيه CME الموجه إلى الأرض". ناسا. 12 يوليو 2012.
• "وصف لمظهر متفرد شوهد في الشمس في 1 سبتمبر 1859" ، الإشعارات الشهرية للجمعية الملكية الفلكية ، الإصدار 20 ، الصفحات 13 + ، 1859.
• كاروف ، كريستوفر. "دليل الرصد للنشاط المغناطيسي المعزز للنجوم superflare." Nature Communications المجلد 7 ، Mads Faurschou Knudsen ، Peter De Cat ، وآخرون ، رقم المقالة: 11058 ، 24 مارس 2016.