در خورشید باران می‌بارد و دانشمندان بالاخره معمای شکل‌گیری آن را حل کرده‌اند

آیا می‌دانستید در خورشید باران می‌بارد؟ البته به‌وضوح منظور بارش آب نیست، بلکه درجریان «باران خورشیدی»، توده‌های سردتر و سنگین‌تر پلاسما در تاج خورشید یا کرونا، بیرون‌ترین لایه جو خورشید متراکم می‌شوند و سپس به سمت سطح خورشید سقوط می‌کنند.

سال‌ها بود که پژوهشگران نمی‌توانستند درک کنند که «باران خورشیدی» چگونه در جریان فوران‌های خورشیدی به سرعت شکل می‌گیرد. اکنون، پژوهشگران دانشگاه هاوایی سرانجام راز آن را کشف کرده‌اند:‌ جریان‌های سریع عناصر مانند آهن، سیلیسیم و منیزیم.

تابش نور و انرژی از تاج خورشید باعث خنک‌شدن پلاسما در این لایه از جو خورشید می‌شود. اما ترکیب عناصر در بخش‌های مختلف تاج ثابت نیست و با گذر زمان و میان نواحی مختلف تغییر می‌کند. بیشتر مدل‌های موجود این مسئله را نادیده می‌گیرند و فرض می‌کنند میزان عناصر در همه‌جا یکسان باقی می‌ماند.

به همین دلیل، مدل‌های موجود نمی‌توانند پدیده‌های سریعی مانند «باران خورشیدی» را که در هنگام فوران‌ها و در مناطق فعال رخ می‌دهند، به‌درستی توضیح دهند. از آن‌جایی که مقدار انرژی از دست‌رفته بر اثر تابش به نوع و میزان عناصر موجود بستگی دارد، ساده‌سازی بیش از حدِ رفتار آن‌ها باعث می‌شود فیزیک کلیدی پشت سازوکار واقعی جو خورشید نادیده گرفته شود.

تیم پژوهشگران کشف کرد که تغییر در ترکیب عناصر که به آن «فراوانی عنصری» گفته می‌شود، می‌تواند توضیح دهد چرا باران خورشیدی با سرعتی بسیار زیاد شکل می‌گیرد. آن‌ها برای مدل‌سازی دقیق‌تر فرایند خنک‌شدن پلاسما توسط تابش، یک ابزار شبیه‌سازی به نام HYDRAD را به‌روزرسانی کردند.

برخلاف مدل‌های قدیمی که فرض می‌کردند ترکیب عناصر در همه‌جا و همیشه ثابت است، در نسخه‌ی جدید مدل اجازه داده شد که ترکیب عناصر در مکان‌ها و زمان‌های مختلف تغییر کند؛ به‌ویژه برای عناصری با پتانسیل یونش اولیه پایین (low-FIP) که نقش مهمی در فعالیت‌های خورشیدی دارند.

پژوهشگران حتی معادله‌ی جدیدی به مدل افزودند تا بتوانند حرکت و تغییر عناصر دارای پتانسیل یونش اولیه پایین را ردیابی کنند. مقایسه نتایج مدل جدید با مدل قدیمی نشان داد که نسخه‌ی تازه تطابق بسیار بیشتری با مشاهدات واقعی باران خورشیدی دارد.

در شبیه‌سازی‌های جدید که تغییرات توزیع عناصر در تاج خورشید را لحاظ کرده بود، پژوهشگران دریافتند که باران کرونایی تنها پس از ۳۵ دقیقه شروع به تراکم می‌کند، در حالی که مدل‌های قبلی نیاز به ساعت‌ها یا روزها گرمایش داشتند تا باران کرونایی را توضیح دهند.

تیم پژوهشی نتیجه می‌گیرد: «تغییرات عناصر درک سرمایش پلاسمای جو خورشید را حیاتی می‌کند و همان‌طور که نشان دادیم، می‌تواند به‌طور مستقیم باعث باران کرونایی شود». جفری ریپ، اخترشناس و یکی از نویسندگان مطالعه می‌افزاید: « «این کشف از اهمیت بالایی برخوردار است؛ زیرا به ما کمک می‌کند بفهمیم خورشید واقعاً چگونه کار می‌کند.»

پژوهش در ژورنال The Astrophysical Journal منتشر شده است.