מערבולות קוטביות קיימות באטמוספרות פלנטריות, מכוכבי הלכת הסלעיים דמויי כדור הארץ ועד ענקי גזים דמויי צדק ושבתאי. עם זאת, לא ידוע הרבה על קיומם ומאפייניהם על השמש שלנו בגלל היעדר הנוכחי של תצפיות ישירות בקטבים. שלא כמו אטמוספרות פלנטריות, השכבות התת-קרקעיות של השמש מושפעות מאוד מנוכחותם של שדות מגנטיים. מחקר חדש מראה ששדות מגנטיים במחזור השמש מספקים מנגנון להיווצרות מערבולות קוטביות בשמש.
ב-31 באוגוסט 2012, נימה ארוכה של חומר שמש שריחף באטמוספירה של השמש, הקורונה, התפרץ לחלל בשעה 16:36 (שעון החוף המזרחי). ה-CME נסע במהירות של למעלה מ-900 מייל לשנייה. הוא לא נסע ישירות לכיוון כדור הארץ, אבל כן התחבר לסביבה המגנטית של כדור הארץ, או למגנטוספירה, במכת מבט, מה שגרם להופעת זוהר השמש בליל ה-3 בספטמבר. קרדיט תמונה: מרכז טיסות החלל גודארד של נאס"א.
"אף אחד לא יכול לומר בוודאות מה קורה בקטבי השמש", אמר ד"ר מאוסומי דיקפטי, מדען בכיר במצפה הכוכבים הגבוה ב-NSF-המרכז הלאומי לחקר האטמוספירה.
"אבל המחקר החדש הזה נותן לנו מבט מסקרן על מה שאנחנו עשויים לצפות למצוא כשנוכל, בפעם הראשונה, לצפות בקטבי השמש."
הנוכחות הסבירה של מערבולות קוטביות על השמש אינה מפתיעה.
תצורות מסתובבות אלו מתפתחות בנוזלים המקיפים גוף מסתובב בשל כוח הקוריוליס, והם נצפו ברוב כוכבי הלכת במערכת השמש שלנו.
על פני כדור הארץ, מערבולת מסתובבת גבוה באטמוספירה סביב הקוטב הצפוני והדרומי כאחד.
כאשר המערבולות הללו יציבות, הן שומרות על אוויר קריר נעול בקטבים, אך כאשר הן נחלשות והופכות לבלתי יציבות, הן מאפשרות לאוויר הקר לחלחל לכיוון קו המשווה, מה שגורם להתפרצות אוויר קר בקווי הרוחב הבינוניים.
משימת ג'ונו של נאס"א חזרה, מציג שמונה מערבולות צפופות סביב הקוטב הצפוני של ענקית הגז וחמש סביב הדרומי שלה.
המערבולות הקוטביות על שבתאי, שנראות על ידי חללית קאסיני של נאס"א, הן בצורת משושה בקוטב הצפוני ומעגליות יותר בדרום.
הבדלים אלה מציעים למדענים רמזים לגבי ההרכב והדינמיקה של האטמוספירה של כל כוכב לכת.
מערבולות קוטביות נצפו גם במאדים, נוגה, אורנוס, נפטון וירח טיטאן של שבתאי, כך שבמובנים מסוימים, העובדה שלשמש (גם גוף מסתובב מוקף בנוזל) תהיה תכונות כאלה עשויה להיות ברורה.
אבל השמש גם שונה מהותית מכוכבי הלכת והירחים שיש להם אטמוספרה: הפלזמה המקיפה את השמש היא מגנטית.
כיצד המגנטיות הזו עשויה להשפיע על היווצרותן והתפתחותן של מערבולות קוטביות שמש - או האם הן נוצרות בכלל - היא תעלומה מכיוון שהאנושות מעולם לא שלחה משימה לחלל שיכולה לצפות בקטבי השמש.
למעשה התצפיות שלנו על השמש מוגבלות לתצוגות של פני השמש כשהן מצביעות לכיוון כדור הארץ ומציעות רק רמזים למה שעשוי להתרחש בקטבים.
מכיוון שאסטרונומים מעולם לא צפו בקטבים של השמש, מחברי המחקר הסתמכו על מודלים ממוחשבים כדי להשלים את החסר לגבי איך עשויות להיראות מערבולות קוטביות שמש.
מה שהם מצאו הוא שסביר להניח שלשמש אכן יש תבנית ייחודית של מערבולות קוטביות המתפתחות עם התפתחות מחזור השמש ותלויה בעוצמתו של כל מחזור מסוים.
בסימולציות נוצרת טבעת הדוקה של מערבולות קוטביות בסביבות קו הרוחב של 55 מעלות - המקבילה למעגל הארקטי של כדור הארץ - במקביל שמתחילה תופעה שנקראת 'הבהלה אל הקטבים'.
במקסימום של כל מחזור שמש, השדה המגנטי בקטבי השמש נעלם ומוחלף בשדה מגנטי בקוטביות הפוכה.
לפני הכפכף הזה יש 'מהרה אל הקטבים' כאשר שדה הקוטביות המנוגד מתחיל לנוע מכ-55 מעלות בקו הרוחב לכיוון הקוטב.
לאחר היווצרותם, המערבולות מכוונות לכיוון הקטבים בטבעת מתהדקת, משילות מערבולות עם סגירת המעגל, ולבסוף משאירות רק זוג מערבולות הניגשות ישירות אל הקטבים לפני שהם נעלמים כליל במקסימום השמש.
כמה מערבולות נוצרות והתצורה שלהן כשהן נעות לכיוון הקטבים משתנה עם עוצמת מחזור השמש.
סימולציות אלה מציעות חלק חסר בפאזל כיצד השדה המגנטי של השמש מתנהג ליד הקטבים ועשויות לעזור לענות על כמה שאלות בסיסיות לגבי מחזורי השמש של השמש.
לדוגמה, מדענים רבים השתמשו בעבר בחוזק השדה המגנטי ש'מהר אל הקטבים' בתור פרוקסי למידת עוצמתו של מחזור השמש הקרוב.
אבל המנגנון לאופן שבו הדברים האלה עשויים להתחבר, אם בכלל, אינו ברור.
ההדמיות מציעות גם מידע שעשוי לשמש לתכנון משימות עתידיות לתצפית על השמש.
כלומר, התוצאות מצביעות על כך שצורה כלשהי של מערבולות קוטביות אמורה להיות ניתנת לצפייה במהלך כל חלקי מחזור השמש למעט במהלך המקסימום השמש.
"אתה יכול לשגר משימה סולארית, והיא יכולה להגיע לתצפית על הקטבים בזמן שגוי לחלוטין", אמר ד"ר סקוט מקינטוש, גם הוא ממצפה הכוכבים הגבוה ב-NSF-המרכז הלאומי לחקר אטמוספירה.
ה, משימה שיתופית בין נאס"א ל-ESA, יכולה לתת לחוקרים הצצה ראשונה לקטבי השמש, אבל המבט הראשון יהיה קרוב למקסימום השמש.
המדענים מציינים כי משימה שנועדה לצפות בקטבים ולתת לחוקרים נקודות מבט מרובות בו-זמניות של השמש יכולה לעזור להם לענות על שאלות רבות ארוכות על השדות המגנטיים של השמש.
"הגבול הרעיוני שלנו כעת הוא שאנו פועלים עם נקודת מבט אחת בלבד", אמר ד"ר מקינטוש.
"כדי להתקדם משמעותית, עלינו לקבל את התצפיות הדרושות לנו כדי לבחון את ההשערות שלנו ולאשר אם סימולציות כמו אלה נכונות."
התוצאותמופיעים בהליכים של האקדמיה הלאומית למדעים.
_____
מאוסומי דיקפטיet al. 2024. מנגנון מגנטוהידרודינמי ליצירת מערבולות קוטביות סולאריות.PNAS121 (47): e2415157121; doi: 10.1073/pnas.2415157121
