بر پایه نسبیت خاص، خورشید ما دارد ترمز می‌کند!

بیست سال پیش، اخترشناسان خورشیدی پی بردند که بالاترین لایه‌ی خورشید کُندتر از دیگر لایه‌های زیرین می‌چرخد. این شگفت‌انگیز بود. به خوبی می‌دانیم که چرخش خورشید در استوایش سریع‌تر از قطب‌هایش است -پدیده‌ای که به نام چرخش ناهماهنگ یا دگرسانه‌ای (differential rotation) شناخته می‌شود و چرخه‌ی ۱۱ ساله‌ی خورشید را به پا می‌کند. ولی این واقعیت که خورشید یک لایه‌ی رویی تنبل دارد درکش دشوار بوده. انگار که نیرویی جلوی حرکت این لایه را می‌گیرد و نمی‌گذارد پا به پای لایه‌های زیرین پیش برود.

اکنون شاید پژوهشگرانی از بنیاد اخترشناسی دانشگاه هاوایی (IfA)، برزیل، و دانشگاه استنفوردبه پاسخی که به طور کامل بر پایه‌ی فیزیک بنیادی است برای آن دست یافته باشند. به نظر می‌رسد نوری که خورشید تولید می‌کند یک اثر ترمزی روی لایه‌های سطحی‌اش دارد.

جف کوهناز IfA می گوید: «خورشید به این زودی‌ها از چرخش باز نخواهد ایستاد، ولی ما دریافته‌ایم همان تابشی که گرمابخش زمین است، دارد خورشید را هم "ترمز می‌دهد". این ترمز که دلیلش نسبیت خاص اینشتیناست، دارد به آرامی از سرعت خورشید می‌کاهد و این کاهش را هم از سطح آن شروع کرده.»

بر پایه‌ی نظریه‌ی نسبیت خاص، فوتون‌هاکه حامل نیروی الکترومغناطیس (همان نور) هستند، اندکی تکانه (اندازه حرکت) را نیز با خود می‌برند. اگر به اندازه‌ی کافی فوتون از جسمی جدا شود، با خود مقدار بزرگی تکانه را خواهند برد. در عمر ۵ میلیارد ساله‌ی خورشید، سطح آن مقدار هنگفتی فوتون از دست داده که باعث شده سرعتِ ۵ درصدِ بالاییِ این ستاره کاهش بیابد. این سازوکار که به نام "اثر پوینتینگ-رابرتسون"شناخته می‌شود، پیش از این در غبارهای میان‌سیاره‌ایدیده شده بود؛ کشش تابش خورشید باعث شده این غبارها تکانه از دست بدهند و از کمربند سیارک‌هابه بخش درونی سامانه‌ی خورشیدی بیایند.

چیزی که بر غبارها اثر می‌گذارد بی‌شک بر سوپ فرا-داغِ گاز در لایه‌های بالایی خورشید هم تاثیر می‌گذارد، و در درازنای عمر این ستاره، ترمزی که از سوی فوتون‌های گسیلیده از آن ایجاد شده به پیدایش یک اثر سنجش‌پذیر (قابل اندازه‌گیری) انجامیده که تا امروز برای دانشمندان یک راز مانده بود.

این پژوهشگران با بهره از داده‌های چندین ساله‌ی رصدخانه‌ی دینامیک خورشیدیناسا (SDO) توانستند موج‌هایی که در دل خورشید پیش می‌روند را بسنجند تا با کمک آن اندازه‌ی دقیق لایه‌ای که دارد ترمز می‌کند را به دست آورند. این شگرد فنی که به نام "هورلَرزه‌شناسی" (اخترلرزه‌شناسیبرای خورشید) شناخته می‌شود، بسیار همانند سنجش حرکت امواج لرزه‌ در دل زمین برای اندازه‌گیری شدت زمین‌لرزه است. موادی که این امواج لرزه از درونشان جابجا می‌شوند، امواج را تغییر می‌دهند و لرزه‌شناساناز همین راه می‌توانند زیر سطح زمین را "ببینند".

اگرچه خورشید یک جسم جامدِ ساخته شده از سنگ و فلز نیست، ولی پلاسمایچگال درون آن هم به امواج اجازه‌ی حرکت می‌دهد و نوسان‌هایی در سطحش پدید می‌آورد که می‌تواند اندازه‌گیری شود. بنابراین هورلرزه‌شناسی به اخترشناسان امکان می‌دهد تا درون نزدیک‌ترین ستاره را "ببینند"و جزییات بسیاری را درباره‌ی درون آن که شاید روی سطحش پیدا نباشند آشکار کنند. و در این مورد، ما به کمک هورلرزه‌شناسی و بررسی میدان مغناطیسیخورشید که به فضا می‌رود و به درونش بر می‌گردد می‌توانیم مقدار کششی که بر پایه‌ی نسبیت خاص اینشتین بر سطحش وارد می‌شود را اندازه بگیریم.

کوهن می‌گوید: «این یک گشتاور نیرویکوچک است که دارد از به آرامی سرعت آن می‌کاهد، ولی در درازنای زندگی ۵ میلیاردساله‌ی خورشید، همین گشتاور نیروی اندک تاثیر چشمگیری بر ۳۵۰۰۰ کیلومترِ بالایی آن گذاشته.» پژوهشنامه‌ی این دانشمندان برای انتشار در نشریه‌ی فیزیکال ریویو لترز پذیرفته شده و نگارش پیش-چاپ آن هم در arXiv در دسترس است.

کوهن و گروهش با بهره از خورشید به عنوان آزمایشگاهی برای دیگر ستارگان، به این باور رسیده‌اند که یک چنین چیزی به احتمال بسیار در همه‌ی ستارگان رخ می‌دهد و می‌تواند اثراتی نیرومند بر فرگشت ستاره‌ای داشته باشد. اکنون اخترشناسان خورشیدی بسیار علاقمند به این هستند که بدانند این کاهش سرعت چگونه بر میدان مغناطیسی خورشید که در سرتاسر سامانه‌ی خورشیدیگسترده شده اثر می‌گذارد. از آنجایی که رویدادهای هواشناسی فضاریشه در میدان‌های مغناطیسی خورشید دارند و می‌توانند شراره‌هاو فوران‌های تاجیبه راه بیاندازند که آنها هم به نوبه‌ی خود می‌توانند در کار ماهواره‌ها و شبکه‌های برق آشفتگی پدید آورند، این پژوهش می‌تواند نقشی کلیدی در شناخت اثرات خورشید بر زمین داشته باشد.

--------------------------------------------

واژه نامه:

منبع: Space.com