يعد التوهج الشمسي انفجارا قويا من الإشعاع الكهرومغناطيسي المتولد في الغلاف الجوي للشمس.
وتشع الكميات الهائلة من الطاقة المنبعثة من التوهج الشمسي النموذجي في الغالب بعيدا في جزء الأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية من الطيف الكهرومغناطيسي (EM)، بأطوال موجية أقصر مع طاقات أعلى من الضوء المرئي. ويمكن للتوهجات الشمسية تسخين المواد القريبة في الغلاف الجوي للشمس، ما يؤدي إلى إطلاق كتل ضخمة من البلازما على الأرض فيما يُعرف باسم الانبعاث الكتلي الإكليلي.
ويقوم الغلاف الجوي للأرض بتصفية معظم هذه الأطوال الموجية، لذا فإن الأقمار الصناعية والأدوات المتخصصة الموجودة على متن المركبات الفضائية هي الطرق الرئيسية التي يكتشف بها العلماء الإشعاع عالي الطاقة من التوهجات. ومع ذلك، يمكن رؤية عنصر الضوء المرئي للتوهج من الأرض باستخدام تلسكوبات متخصصة لرصد الطاقة الشمسية تقوم بتصفية جميع الأطوال الموجية باستثناء نطاق ضيق. وفي حالات نادرة، يمكن حتى رصد التوهجات القوية كنقاط ضوئية مكثفة شبيهة بالنجوم تبرز مقابل قرص الشمس عند رؤيتها من خلال الإسقاط الآمن من خلال التلسكوب، وفقا للجمعية الفلكية الأمريكية.
وقالت ستيفاني ياردلي، أخصائية طقس الفضاء في مختبر مولارد لعلوم الفضاء في جامعة كوليدج لندن في المملكة المتحدة، لـ “لايف ساينس”: “يتم تصنيف التوهجات الشمسية وفقا لمدى سطوعها في الأشعة السينية الناعمة. أضعف التوهجات هي الفئة A أو B، بينما أقوى التوهجات هي الفئة C أو M أو X. ويمثل كل حرف زيادة في الطاقة بعامل 10 وفي كل فئة يوجد مقياس رقمي من 1-9. كان أكبر حدث تم تسجيله هو حدث كارينغتون في عام 1859 [الذي سمي على اسم عالم الفلك الإنجليزي ريتشارد كارينغتون، الذي رصده بالصدفة أثناء مراقبة الشمس] والذي يبلغ ذروة الأشعة السينية الناعمة المقدرة بـ X45. وكان ثاني أقوى حدث هو فئة X35 التوهج الشمسي في 4 تشرين الثاني 2003”.
الانهيارات الشمسية الأخيرة في عام 2022
تختلف قوة وتواتر التوهجات، إلى جانب العديد من الجوانب الأخرى للنشاط الشمسي، في “الدورة الشمسية” التي تدوم 11 عاما تقريبا. وهذا هو الوقت الذي يستغرقه مجال مغناطيسي عالمي منظم للتشكل وسط بلازما الشمس المتماوجة، ثم يتكثف ويتشابك ويتحلل تماما. يكون تكوين حلقات المجال المغناطيسي والبقع الشمسية والتوهجات أكبر في منتصف هذه الدورة – المعروفة باسم الحد الأقصى للشمس. ومع اقتراب الحد الأقصى الحالي للطاقة الشمسية (المتوقع حدوثه حوالي عام 2024)، يتزايد عدد التوهجات حاليا بشكل حاد.
وتتشكل التوهجات في المناطق التي تمر فيها حلقات المجال المغناطيسي عبر الغلاف الجوي الشمسي. وتتولد هذه الحلقات عن طريق تموج البلازما (غاز ساخن مشحون كهربائيا) داخل الشمس، وتندفع للخارج عبر السطح. وتظهر المناطق الأكثر برودة حول نقاط الدخول والخروج كبقع شمسية داكنة وسط الغاز الأكثر سخونة وإشراقا، بينما تنقل الحلقات أيضا غازا باردا نسبيا على طولها، وتظهر على شكل “خيوط” داكنة عند وضعها في صورة ظلية مقابل الفوتوسفير، أو على شكل بروزات وردية حول الحافة أو أحد أطراف الشمس (يمكن رؤيته بشكل أفضل خلال الكسوف الكلي للشمس).
ويحدث التوهج عندما تصبح المناطق السفلية من الحلقة المغناطيسية متماسكة معا في منطقة من الغلاف الجوي تسمى الهالة السفلية. ويؤدي هذا إلى “ماس كهربائى” المجال المغناطيسي. ونظرا لأن حلقة مغناطيسية عالية فوق السطح تحمل طاقة أكبر بكثير من طاقة واحدة في الأسفل، فإن عمليات إعادة الاتصال هذه يمكن أن تطلق كمية هائلة من الطاقة الزائدة. ويؤدي هذا إلى تسخين الغلاف الجوي الشمسي حول نقطة إعادة الاتصال بدرجات حرارة تتراوح من 50 إلى 68 مليون درجة فهرنهايت (10 إلى 20 مليون درجة مئوية)، وهو أكثر سخونة بكثير من 2 مليون فهرنهايت (1 مليون درجة مئوية) كما هو معتاد، ما تسبب في انبعاث موجة عنيفة من الإشعاع.
ويستخدم علماء الفلك مصطلح “التوهج” تحديدا لانفجار الطاقة والإشعاع على الشمس، ولكنه يرتبط بمجموعة متنوعة من التأثيرات الأخرى. وعلى سبيل المثال، يمكن أن تبدأ المواد من الغلاف الجوي الشمسي التي يتم تسخينها بواسطة التوهج في التوسع بعنف، ما يؤدي في النهاية إلى تشكيل طرد كتلة إكليلية، أو CME – سحابة ضخمة من الجسيمات تنفجر في اتجاه معين، والتي قد تستغرق عدة أيام للوصول إلى مدار الأرض.
وتنتج أكثر التوهجات عنفا أيضا تأثيرا يسمى عاصفة البروتون الشمسية، حيث تؤدي الصدمة الناتجة عن توسع CME إلى تسريع البروتونات القريبة (الجسيمات المشحونة دون الذرية)، ما يدفعها إلى الخارج بسرعات أعلى بكثير من CME نفسها.
وفي بعض الحالات، حيث يكون المجال المغناطيسي للشمس في اتجاه موات، يمكن أن تصل البروتونات إلى جزء كبير من سرعة الضوء. ويصل الإشعاع الكهرومغناطيسي من التوهج إلى الأرض في ما يزيد قليلا عن 8 دقائق، ولكن قد تصل أسرع عواصف بروتونية بعد 30 دقيقة فقط أو بعد ذلك.
ويتم امتصاص الأشعة السينية عالية الطاقة والأشعة فوق البنفسجية من التوهج في الغلاف الجوي العلوي لكوكبنا، ويعمل المجال المغناطيسي للأرض على انحراف البروتونات الشمسية إلى حد كبير، ما يساعد على حماية الأرض من أخطر تأثيرات هذه الأحداث الشمسية. ومع ذلك، لا يزال من الممكن أن يكون للانفجارات الشمسية تأثيرات كبيرة على الأرض.
وتصبح الذرات الفردية وجزيئات الغاز في الغلاف الجوي للأرض مؤينة، أو مشحونة كهربائيا، عندما تمتص الإشعاع من التوهجات. ويمكن أن يتداخل هذا مع الاتصالات الراديوية قصيرة الموجة، والتي تعتمد على إشارات الارتداد من الغازات المشحونة في طبقة الأيونوسفير. ويمكن للتيارات الكهربائية التي تتدفق عبر الغازات المتأينة وداخل عاصفة البروتون أن تشوه البنية العامة للحقل المغناطيسي للأرض (على الرغم من أنها ليست بنفس القدر الذي قد يضربه CME لاحقا).
ومع ذلك، فإن التوهجات بشكل عام تشكل خطرا على التكنولوجيا البشرية أكبر من خطرها على الأشخاص أنفسهم. ويمكن للأشعة السينية التي تصطدم بالقمر الصناعي أن تؤين مواده، بينما يمكن للبروتونات أن تقوم بتزويد الأسطح الخارجية لتلك المواد بالكهرباء، ما ينتج عنه دوائر قصيرة وأعطال. ويمكن أن تتسبب الطاقة المتدفقة في الغلاف الجوي العلوي أيضا في تسخين الغازات الموجودة هناك وتمددها، ما يؤدي إلى زيادة السحب على الأقمار الصناعية وتسبب في انحلال مداراتها.
