چرخه‌های خورشیدی و تاثیرات آنها بر کره زمین

خورشید، ستاره‌ای که حیات را بر زمین ممکن ساخته، هر ۱۱ سال یک بار دستخوش دگرگونی‌های شگفت‌انگیزی می‌شود. این پدیده، که به چرخه‌های خورشیدی معروف است، دوره‌هایی از فعالیت شدید و آرامش نسبی را در بر می‌گیرد و بر لکه‌های خورشیدی، شراره‌های قدرتمند و پرتاب‌های جرم تاجی تاثیر می‌گذارد. اما اهمیت این چرخه‌ها فراتر از زیبایی‌های کیهانی است؛ آن‌ها می‌توانند آب و هوای زمین را تغییر دهند، ارتباطات ماهواره‌ای را مختل کنند و حتی بر سلامت انسان‌ها اثر بگذارند.

با درک بهتر این چرخه‌ها، می‌توانیم از فناوری‌های پیشرفته بشری در برابر طوفان‌های خورشیدی محافظت کنیم و آمادگی بیشتری برای مقابله با تاثیرات آن‌ها داشته باشیم. در این مقاله، به کاوش در تاریخچه کشف چرخه‌های خورشیدی، سازوکار‌های پنهان در پس این پدیده و نقش آن‌ها در شکل‌دهی به محیط فضایی پیرامون زمین خواهیم پرداخت.

چرخه خورشیدی چیست؟

چرخه‌های خورشیدی دوره‌هایی حدود ۱۱ ساله هستند که در آن فعالیت مغناطیسی خورشید، از جمله تعداد لکه‌های خورشیدی، تغییر می‌کند. این تغییرات می‌توانند بر آب‌وهوای زمین، ارتباطات رادیویی و حتی شبکه‌های برق تاثیر بگذارند. برای مثال، در اوج فعالیت خورشیدی (حداکثر خورشیدی)، طوفان‌های مغناطیسی ممکن است اختلالاتی در سامانه‌های ماهواره‌ای ایجاد کنند.

چرخه‌های خورشیدی نخستین بار در سال ۱۸۴۳ توسط ساموئل هاینریش شوابه (Samuel Heinrich Schwabe)، ستاره‌شناس آلمانی، کشف شدند. شوابه در طول ۱۷ سال، از سال ۱۸۲۶ تا ۱۸۴۳، به‌طور منظم لکه‌های خورشیدی را رصد می‌کرد. هدف اصلی او در ابتدا یافتن سیاره‌ای فرضی به نام ولکان بود که گمان می‌رفت در مدار داخلی عطارد به دور خورشید می‌چرخد. اما به جای کشف این سیاره، او متوجه الگوی منظمی در تغییر تعداد لکه‌های خورشیدی شد.

او دریافت که تعداد لکه‌ها به‌صورت دوره‌ای افزایش و کاهش می‌یابند، که نشان‌دهنده وجود یک چرخه تقریبی ۱۰ تا ۱۱ ساله در فعالیت‌های خورشید است. این کشف، پایه‌گذار درک ما از چرخه‌های خورشیدی و تاثیرات آن‌ها بر آب‌وهوا و ارتباطات زمینی شد. پس از او، ستاره‌شناسان دیگری مانند رودولف ولف (Rudolf Wolf) این تحقیقات را ادامه دادند و اولین چرخه ثبت‌شده را چرخه خورشیدی ۱ نام‌گذاری کردند که از سال ۱۷۵۵ آغاز شده بود. در حال حاضر در چرخه خورشیدی ۲۵ قرار داریم که از سال ۲۰۱۹ آغاز شده است.

اثرات چرخه‌های خورشیدی

تغییرات میدان مغناطیسی خورشید طی یک چرخه خورشیدی، موجب وارونه شدن قطب‌های شمال و جنوب آن می‌شود که باعث تغییر در شدت تابش‌ها و فوران‌های خورشیدی می‌گردد. اگرچه طی این تغییرات، تابش کل خورشید به میزان ۰.۱۵ درصد تغییر می‌کند، اما تاثیرات قابل‌توجهی بر فعالیت‌های فضایی و جو زمین دارند که می‌توان آن‌ها را به دو دسته کلی تقسیم کرد:

1.    تغییرات اقلیمی و لایه اُزون

·      گرمایش و سرمایش موقتی: در دوره‌های اوج هر چرخه خورشیدی یعنی اواسط آن، افزایش تابش فرابنفش خورشید می‌تواند لایه اُزون را تحت تاثیر قرار دهد و دمای سطح زمین را گرم‌تر کند.

·      تاثیر بر شرایط جوی: افزایش فعالیت خورشیدی، به‌ویژه فوران‌های خورشیدی و بادهای خورشیدی، می‌تواند موجب تغییراتی در الگوهای جوی شود. در طول دوره‌های کمبود فعالیت خورشیدی (حداقل خورشیدی)، مناطق اروپایی و آمریکای شمالی دچار سرمایش نسبی می‌شوند؛ در مقابل، مناطق جنوبی ممکن است با خشکسالی مواجه شوند.

2.    تاثیر بر فناوری‌های مدرن

·      ماهواره‌ها و سامانه‌های GPS: طوفان‌های خورشیدی می‌توانند با ایجاد جریان‌های القایی ژئومغناطیسی، ماهواره‌ها را مختل کرده و سامانه‌های ناوبری را تحت تأثیر قرار دهند.

·      شبکه‌های برق: جریان‌های الکتریکی ناشی از این طوفان‌ها می‌تواند به ترانسفورماتورها و شبکه‌های برق آسیب برساند؛ نمونه‌هایی مانند خاموشی کبک (Quebec) در کانادا در سال ۱۹۸۹ دلایلی از این دست داشته‌اند.

·      فضانوردان: برای فضانوردان در ایستگاه فضایی بین‌المللی (ISS)، افزایش تشعشعات خورشیدی خطرناک است و می‌تواند نیاز به پناه گرفتن درون سامانه‌های محافظ داشته باشد.

پدیده‌های جغرافیایی ناشی از چرخه‌های خورشیدی

یکی از نکات جذاب مرتبط با فعالیت‌های خورشیدی، تجربه‌ی پدیده‌های جغرافیایی منحصر به فرد در مناطق قطبی است:

• خورشید نیمه‌شب: در مناطقی که به قطب شمال نزدیک هستند، مانند نروژ، کانادا، فنلاند و سوئد خورشید برای چند هفته یا حتی ماه‌ها غروب نمی‌کند. در سوالبارد (Svalbard) نروژ، خورشید از حدود ۱۰ آوریل تا ۲۳ اوت به‌طور مداوم در آسمان حضور دارد. همچنین منطقه نوناووت (Nunavut) کانادا دو ماه آفتاب ۲۴ ساعته را تجربه می‌کند.
• شب قطبی: در مقابل، در دوره‌های زمستانی این مناطق، روزها به مدت چند هفته یا ماه‌ها بدون هرگونه طلوع خورشید می‌گذرد. ایسلند، روسیه و سوئد نیز در تابستان تجربه‌ی روزهای بلند و شب‌های کوتاه را ارائه می‌دهند که گردشگران را به خود جذب می‌کنند.
• شفق قطبی: یکی از عوارض جانبی دیدنی افزایش فعالیت خورشیدی در طول چرخه ، افزایش فرصت‌ها برای دیدن شفق‌های قطبی است. هنگامی که ذرات پرانرژی خورشید به جو فوقانی زمین برخورد می کنند و با آن برهم کنش می کنند، نور خیره کننده ای آسمان را روشن می کند. رنگ شفق به این بستگی دارد که ذرات به چه مواد شیمیایی در جو زمین برخورد کنند. رنگ های قرمز از برخورد با مولکول های نیتروژن و رنگ سبز توسط مولکول های اکسیژن تولید می شود.

آیا چرخه‌های خورشیدی در آینده تغییر خواهند کرد؟

دانشمندان بر این باورند که با پیشرفت فناوری و مطالعات دقیق‌تر، درک ما از چرخه‌های خورشیدی بهتر خواهد شد. انتظار می‌رود که تغییرات در میدان مغناطیسی خورشید و فوران‌های شدید آن در چرخه‌های آینده، پیامدهای قابل توجه‌تری برای اقلیم زمین و فناوری‌های مرتبط ایجاد کنند. پژوهش‌های بین‌المللی در این زمینه ادامه دارد تا بتوانند راهکارهایی برای کاهش خطرات ناشی از این فعالیت‌ها ارائه دهند.

مرکز جهانی داده‌های شاخص لکه‌های خورشیدی و مشاهدات طولانی‌مدت خورشیدی در رصدخانه سلطنتی بلژیک (Royal Observatory of Belgium)، چرخه خورشیدی را نظارت و پیش‌بینی می‌کند، لکه‌های خورشیدی را ردیابی می‌کند و بالا و پایین‌های چرخه خورشیدی را ثبت می‌کند. همچنین دانشمندان ناسا و اداره ملی اقیانوسی و جوی آمریکا(NOAA) یک کارگروه پیش‌بینی چرخه خورشیدی را برای ارزیابی فعالیت خورشیدی تشکیل داده‌اند.

درک چرخه خورشیدی و توانایی پیش‌بینی زمان وقوع یک چرخه جدید، بخش مهمی از پیش‌بینی آب و هوای فضا است. دانشمندان امیدوارند روزی بتوانند آب و هوای فضا را درست مانند هواشناسان در زمین پیش بینی کنند.