تُظهر دراسة جديدة من جامعة سانت أندروز أن درجة حرارة الجسيمات داخل التوهجات الشمسية أعلى بنحو 6.5 مرات مما كان يُعتقد سابقاً، مما يقدم إجابة غير متوقعة لأحد ألغاز فيزياء الشمس استمرت منذ 50 عاماً.

التوهج الشمسي هو انفجار مفاجئ للطاقة في الغلاف الجوي الخارجي للشمس يرفع درجة حرارة مناطق معينة إلى أكثر من 10 ملايين درجة مئوية. هذه الأحداث العنيفة تزيد بشكل كبير من الأشعة السينية والإشعاع الواصل إلى الأرض، مما يشكل تهديداً على المركبات الفضائية والرواد، ويؤثر على الغلاف الجوي العلوي للأرض.

نُشرت الدراسة في مجلة The Astrophysical Journal Letters، وتقدم أدلة على كيفية تسخين التوهجات لبلازما الشمس إلى درجات حرارة تتجاوز 10 ملايين درجة مئوية. تتكون بلازما الشمس من أيونات وإلكترونات. تُظهر الدراسة الجديدة أن درجة حرارة الأيونات (الجسيمات الموجبة الشحنة التي تشكل نصف البلازما) يمكن أن تصل إلى أكثر من 60 مليون درجة مئوية.

من خلال دراسة بيانات من مجالات بحثية أخرى، أدرك فريق بقيادة الدكتور ألكسندر راسل (Dr Alexander Russell)، المحاضر البارز في النظرية الشمسية بكلية الرياضيات والإحصاء، أن التوهجات الشمسية تسخّن الأيونات بدرجة أكبر بكثير من الإلكترونات.

يقول الدكتور راسل:

«نحن متحمسون لهذا الاكتشاف الحديث بأن عملية إعادة الاتصال المغناطيسي تسخّن الأيونات بمعدل 6.5 أضعاف تسخين الإلكترونات. يبدو أن هذا قانون عام، وقد أُثبت في الفضاء القريب من الأرض، والرياح الشمسية، ومحاكاة الحاسوب، لكن لم يربط أحد هذه المجالات بالتوهجات الشمسية من قبل».

«كان علم فيزياء الشمس يفترض دائماً أن درجة حرارة الأيونات والإلكترونات متساوية. لكن بإعادة الحسابات باستخدام البيانات الحديثة، وجدنا أن الفارق في درجة الحرارة بين الأيونات والإلكترونات يمكن أن يستمر لعشرات الدقائق في الأجزاء المهمة من التوهج، مما يفتح الباب لأول مرة للنظر في الأيونات فائقة الحرارة».

والأهم أن درجة حرارة الأيونات الجديدة تتطابق تماماً مع عرض خطوط الطيف في التوهجات، مما قد يحل لغزاً في علم الفيزياء الفلكية استمر قرابة نصف قرن.

منذ السبعينيات، ظل السؤال قائماً: لماذا تكون خطوط طيف التوهج (التوهج الشديد في ألوان معينة من الأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية) أعرض مما هو متوقع؟ تاريخياً، كان يُعتقد أن السبب هو الحركة المضطربة فقط، لكن هذا التفسير واجه صعوبات مع محاولات تحديد طبيعة الاضطراب.

بعد ما يقرب من 50 عاماً، تقترح هذه الدراسة تغييراً في النموذج بأن درجة حرارة الأيونات يمكن أن تساهم بشكل كبير في تفسير عرض الخطوط الطيفية الغامضة في التوهجات الشمسية.