ما هي البقع الشمسية؟

تلعب الشمس دورًا هامًا في تحديد مناخ كوكب الأرض لا سيما أنها مصدر الطاقة الحرارية الرئيسي له. ولدراسة تأثيرها على المناخ؛ يلجأ علماء الفلك لقياس مستوى النشاط الشمسي عن طريق حساب عدد البقع الشمسية. فما هذه البقع وكيف تتشكل؟ وكيف يُحسب عددها؟

ما هي البقع الشمسية وكيف تتشكل؟

من المعروف أن الشمس لا تدور ككيان واحد؛ فمناطقها الاستوائية تدور أسرع من القطبية. كما تمتلك الشمس مجالاً مغناطيسياً قوياً تتصل خطوط حقله بالقطب الشمالي للشمس من جهة وبالجنوبي من جهة أخرى. إلا أن اختلاف سرعة الدوران تلك تؤدي إلى فتل ولوي خطوط الحقل المغناطيسي فتخرج من سطح الشمس في بعض المواقع مشَكِّلةً أزواجاً من البقع الداكنة تعرف ب«البقع الشمسية-Sunspots».

ونتيجة لقوة الحقل المغناطيسي في هذه البقع؛ لا تنتقل التيارات الحرارية بشكل جيد من داخل الشمس إلى سطحها؛ مما يجعلها أبرد وأقل توهجًا من غيرها من المناطق الأخرى من الشمس، حيث يبلغ متوسط درجة حرارتها حوالي 4500 درجة مئوية (أي أقل ب1500 درجة من متوسط حرارة سطح الشمس). يمكن أن تظهر البقع في أي مكان من سطح الشمس ويمتد ظهورها من عدة ساعات لعدة أشهر، كما تتميز بأنها غير ثابتة الشكل أو الموقع؛ حيث تتوسع وتتقلص أثناء حركتها وقد يصل طول قطرها إلى 80,000 كيلومتر.

أول رصد للبقع الشمسية

في أوائل القرن الخامس قبل الميلاد، سجّل الصينيون رؤيتهم لبقع داكنة على الشمس. ولكن أول رصد فعلي للبقع الشمسية يعود لعام 1610م، حين قام كل من الإيطالي «غاليليو غاليلي-Galileo Galilei» والهولندي «يوهانس فابريسيوس-Johannes Fabricius» والألماني «كريستوفر شينر-Christopher Scheiner» والإنكليزي «توماس هاريوت-Thomas Harriott» برصدها كل منهم على حدى، فقد رصد كل من الرجال الأربعة بقع على الشمس عن طريق تلسكوباتهم، ورسموا مخططات توضح تغيرات أشكال هذه البقع ومواقعها.

رسم يوضح تغيرات البقع الشمسية من قبل غاليليو غاليلي عام 1612

الدورة الشمسية

تمتلك الشمس في بعض الأحيان عددًا كبيرًا من البقع الشمسية؛ بينما يقل ذلك العدد حتى ينعدم في أحيان أخرى. وفي عام 1843م اكتشف الكيميائي والفلكي الألماني «هنريك شويب-Heinrich Schwabe» وجود نظام دوري لتغير أعداد البقع الشمسية كل 11 سنة وأسماه ب«الدورة الشمسية-Solar Cycle». تسمى الفترة من الدورة الشمسية التي ينخفض فيها نشاط البقع ب «الحد الأدنى من الطاقة الشمسية-Solar Minimum»، بينما تعرف الفترة الدورية ذات النشاط الشمسي المرتفع ب«الحد الأعلى من الطاقة الشمسية-Solar Maximum».

أما حالياً فيحسب عدد البقع من العلاقة:

R=K(10g+s) حيث:

K  عامل التحجيم المتغير (غالباً <1) يشير إلى مجموعة عوامل منها ظروف الرصد وحالة التلسكوب.
G  عدد مجموعات البقع.
S  عدد البقع المنفردة في كل مجموعة.

مخطط الفراشة

يبين «مخطط الفراشة-Butterfly Diagram» -الذي سمي نسبة لشكله- مواقع توضح البقع لكل دورة شمسية منذ عام 1874م، ويظهر أن تجمعات البقع تنشأ على خطوط العرض الوسطى للشمس، ثم تتوسع وتتحرك باتجاه خط الاستواء خلال فترة الدورة الشمسية.

عندما تصل البقع إلى خط الاستواء تكون الدورة الشمسية في مرحلة أدنى حد للطاقة، وعندها تبدأ بقع جديدة بالتشكل قرب خطوط العرض الوسطى.

التوهجات الشمسية وآثارها

خلال مدة الدورة الشمسية تحدث انفجارات ضخمة على سطح الشمس تدعى «التوهجات الشمسية-Solar flares»، قد تستمر هذه التوهجات الهائلة لعدة دقائق أو عدة ساعات وتصدر طاقة تعادل انفجار مليار طن من الديناميت! تحدث التوهجات الشمسية قرب البقع الشمسية وغالبًا ما تكون على طول الخط الفاصل بين المناطق ذات الأقطاب المغناطيسية المتعاكسة، أما التوهجات الأكبر فتحدث خلال السنين التالية للحد الأعلى من الطاقة الشمسية.

تعد التوهجات الشمسية هي السبب الأساسي في التشويش الذي يصيب إشارات الراديو الأرضية. فعند انبعاث الطاقة منها إلى خارج الشمس تتحول إلى رياح شمسية. والتي تتكون من جسيمات عالية الطاقة قادرة على اجتياز طبقة الغلاف الجوي الأرضي المسماة «الأيونوسفير-Ionosphere». وبما أن طبقة الأيونوسفير تلعب دورًا هامًا في نقل الإشارات الراديوية عن طريق عكسها لتعود إلى سطح الأرض. فإن التشويش الذي تحدثه الرياح الشمسية يمكن أن يؤدي إلى ضياع الإشارة الراديوية بشكل كامل.  

بالإضافة إلى ما يمكن أن تسببه الرياح الشمسية من تعطيل شبكات الطاقة المغذية للأقمار الصناعية. ففي عام 1979م تعطلت «محطة سكايلاب الفضائية-Skylab space station» ودخلت الغلاف الجوي للأرض نتيجة تعرضها لنشاط شمسي عالي الطاقة، وتناثر حطامها فوق المحيط الهندي وأجزاء من أستراليا الغربية.

وبذلك نرى أن أعظم التكنولوجيا الأرضية قد تتعطل من نشاط نجم يبعد عنا حوالي 150 مليون كيلومتر!

المصدر:

NASA