سکوت خورشید و سرمای زمین

Stuart Clark
برگردان: احسان سنایی

خاموشی خورشید، آن‌هم برای ستاره‌ای در این سن بی‌معناست، اما سکوت‌اش پرمعنا. دوره‌های ممتد افت فعالیت‌های این ستاره‌ی زندگی‌بخش همواره با دگرگونی اوضاع اقلیمی، خصوصاً در الگوی بادهای شمال مؤثر بوده است.

اروپایی که سرمای سخت‌ زمستان‌ اخیرش را به‌ کندی پشت سر نهاد، این روزها بهترین مکان برای لمس این نوسانات است و بدبختانه ساکنین اسکاندیناوی و سرزمین‌های پیرامون‌اش، تا خورشید همچنان ساکت است، انتظار تکرار چندین‌باره‌ی چنین تجربیات ناخوشایندی را حتی تا شکست رکورد سرمای آخرین سال‌های قرن ۱۷ که به عصر یخبندان کوچک شهره شد نیز بایستی بکشند.

غروب خورشید. در این تصویر، به‌واسطه‌ی تضعیف نور شدید آفتاب توسط لایه‌های ضخیم جو، می‌توان لکه‌ای خورشیدی را به آسانی در نزدیکی مرکز قرص آن مشاهده کرد / عکس از تاماس لادانی

خورشید، خشمگین هم می‌شود

یک ستاره‌ی معمولی در طول عمرش همواره از دو فاز ناپایداری می‌گذرد که اولین‌اش مقعطی و محدود بوده و دومین‌اش از آغاز کهولت ستاره تا مرگ‌اش به‌شکل متناوب ادامه می‌یابد.

نخستین دوران ناپایداری، با فوران‌های خارج از حد گاز و انفجارهای هولناکی همراه است که نشان از سعی ستاره در حفظ تعادل درونی‌اش مابین وزن لایه‌های گاز و فشار گرمایی ناشی از درون می‌دهد، تعادلی که اصطلاحاً آن را «هیدرواستاتیک» می‌نامیم و به‌سرعت پس از فوران گازهای اضافی که ستاره توانایی تحمل وزن‌شان را ندارد، برقرار می‌شود. آنگاه می‌توان حقیقتاً گوی آتشین باقیمانده را یک ستاره‌ی پایدار، همانند ده‌‌ها‌هزار همدم آرام‌اش در پهنه‌ی یک کهکشان نامید.

آغاز دومین فاز ناپایداری نیز میلیون‌ها یا میلیاردها بعد، هماهنگ با اتمام سوخت‌ هسته‌ای ستاره، با تپش‌های متناوب‌اش آغاز گشته و با آزادسازی گاه‌به‌گاه چندین قشر ضخیم از لایه‌های بیرونی تا شکست تعادل هیدرواستاتیک، یا همان مرگ‌اش ادامه می‌یابد.

اما در این میان ستاره ساکت نیست. خورشیدی که ۴.۵ میلیارد سال است آرام گرفته، تا امروز همیشه مجموعه‌‌ی جذابی از نمایش‌ها را در آستین داشته که غالباً هر ۱۱ سال یک‌بار آن‌ها را رو می‌کرده و در آینده نیز چنین خواهد کرد، هرچند از نگاه ما که به نور مرئی خو گرفته‌ایم، از جذابیت چندانی برخوردار نباشند.

شروع فعالیت‌ها، با ظهور چندین لکه‌ی پراکنده در جای‌جای قرص خورشید - که اغلب پیرامون استوایش متمرکز‌ند – است. آن‌ها را می‌توان به‌سادگی با یک فیلتر استاندارد و ایمن از حیاط خانه هم دید، اگر به‌قدر کافی بزرگ باشند و این به فاکتورهای پرشماری وابسته است. لکه‌ها، همان فریاد خورشید خشمگین‌اند، اما چگونه تشکیل می‌شوند؟

خورشید همچون دیگر ستارگان، گوی آتشینی از پلاسما، یا گاز یونیزه است که طبعاً با چرخش‌اش میدان مغناطیسی عظیمی ایجاد می‌شود. بخش اعظم خطوط مغناطیسی که درست مثل آهنربا، قطبین خورشید را به جنوب‌اش متصل می‌سازند، از میان سیل متلاطم گازهای جوشان و یونیزه‌ی سطح ستاره، همچون ریسمان مستحکمی می‌خزند و در طول خود آن‌ها را به هم می‌بندند. اما به‌واسطه‌ی‌ حالت خمیری سطح خورشید، و چون سرعت زاویه‌ای چرخش ستاره در نواحی استوایی اصولاً از نواحی قطبی‌اش بیشتر است، گازهای استوایی با غلبه بر قدرت میدان مغناطیسی، همچون مشتی که میله‌های زندان را از میان به‌یک سو خم کند، خطوط مغناطیسی را به دنبال خود می‌کشند.

نمایی نزدیک از یک لکه‌ی خورشیدی. سطح پازل‌مانند و زردرنگ این تصویر، همان سطح حقیقی خورشید ماست که مدام می‌جوشد. هر کدام از این گلبول‌ها، تا حدود ۳۰‌هزار کیلومتر در خورشید ریشه دارند و از آنجا گرما را تا سطح آن حمل کرده و پس از سرد و اندکی تیره‌تر شدن، در مرزها بار دیگر به درون فرو می‌روند. هر ۵ دقیقه این فرآیند انجام می‌گیرد و ابعاد سه گلبول در حدود مساحت کشور ایران را می‌پوشاند. یک لکه‌ی خورشیدی با تورم، موجب کشیدگی بیش از حد این گلبول‌ها شده و شکلی همانند گلبرگ گل را پیرامون یک ناحیه‌ی سیاه شکل می‌دهد / عکس از رصدخانه‌ی خورشیدی جزایر قناری

نتیجه آنکه در بلندمدت این کشش آن‌قدر ادامه می‌یابد که نهایتاً اتصال خطوط به قطبین از دست رفته و همچون گرداب‌های مغناطیسی کوچکی در استوای ستاره شناور می‌شوند. ماده نیز با ورود به این گرداب، مدام در چرخشی بی‌انتها بر هم انباشته می‌شود تابدانجا که ناگزیر از کمبود فضا، پف می‌کند.

تورم موجب می‌شود تا گاز این حوزه از سطح داغ خورشید ارتفاع گرفته و دمایش به نصف افت کند. در نتیجه، درخشش گازهایش از رنگ سفید، به قرمز بدل گشته و ما چنین تضادی را به شکل یک لکه می‌بینیم. لکه‌ها، بمب‌های ساعتی خورشیدند و هر لحظه ممکن‌ است انرژی‌ متمرکزشان را به شکل یک انفجار سهمگین خورشیدی که «شراره» (Flare) خوانده می‌شود، آزاد سازند.

شراره‌ها نیز زبانه‌ها و نهایتاً بادهای خورشیدی را به‌وجود آورده و در منظومه‌ رها می‌کنند. مجموعه‌ی این نمایش‌ها را فعالیت خورشیدی می‌نامیم، که هر ۱۱ سال یکبار با تعویض مکان قطبین مغناطیسی خورشید – که سازوکارش همچنان در هاله‌ای از ابهام است – افت و خیز می‌یابد.

زمین و خشم خورشید

فعالیت‌های خورشیدی هر چند در موارد انگشت‌شماری از حد انتظارات فراتر رفته و موجب اختلال و گاه حتی انهدام ترمینال‌های الکتریکی مستقر بر ماهواره‌های زمینی می شوند، اما نبایست از خاطر برد که زمین و حیات پویایش از آغاز آماج چنین تازیانه‌هایی بوده‌‌اند و به بیانی بهتر حیات، پیوسته در تنگنای مشکلاتی از این دست بوده که امروز بدینجا رسیده است و در نبودشان، سرنوشت‌اش چه بسا اینچنین نبود. به‌علاوه، طبق پژوهش اخیری که دو روز پیش انتشار یافت، افت فعالیت‌های خورشیدی به گره‌خوردگی‌های عظیم‌الجثه‌ای در جریان باد پرارتفاع «جت استریم» خواهد انجامید که با انسداد مسیر بادهایی که از سوی غرب عازم اروپا می‌شوند، راه را برای ورود جبهه‌هوای سرد قطبی هموار می‌کنند.

با وقوع این پدیده در فصل زمستان، شمال اروپا در حالی یخ می‌بندد که دیگر نقاط زمین اقلیم متعادل و شدیداً نامتعارفی را تجربه می‌کنند. دکتر «مایک لوک‌وود» از دانشگاه ریدینگ انگلستان پژوهش‌اش را بدین‌منظور آغاز نمود که دو زمستان شدیداً سردی که اخیراً انگلستان به چشم خود دید، بیش از هر نمونه‌ی دیگری طی قرن جاری در ارتباط با رکود خورشیدی بودند.

اکثر اوقات سال‌های ۲۰۰۸ و ۲۰۰۹، هیچ لکه‌ای را نمی‌شد در قرص خورشید دید و افت تأثیرات میدان مغناطیسی خورشیدی بر زمین تا حد رکوردشکنی نسبت به ۱۵۰ سال پیش افول کرد. لوک‌وود و همکارانش با مراجعه به آرشیو اطلاعاتی سازمان مرکزی دمای انگلستان، دمای متوسط فصول زمستان سال‌های مختلف از ۱۶۵۹ میلادی را با میزان افت‌وخیزهای فعالیت خورشیدی مقایسه کرده و دریافتند طی سالیان فعالیت اندک خورشید، زمستا‌ن‌های انگلستان از حد متوسط سردتر بوده‌اند.

«جودیت لین» از فیزیکدانان زمین- خورشیدی آزمایشگاه پژوهشی نیروی دریایی ایالات متحده در واشنگتن معتقد است آنالیز مربوطه از لحاظ آماری صحیح است و از قسمت‌های بزرگ مکمل پازل تأثیرات خورشید بر آب‌وهوای زمین محسوب می‌شود.

این تأثیرات، که اغلب توسط شکاکان به معضل تغییرات آب و هوایی مورد استناد قرار گرفته می‌شود، تا حد زیادی از چنگ مدل‌سازان اقلیم زمین در رفته است. لوک‌وود متوجه شد هنگامی‌که او تأثیرات آلودگی‌های صنعتی قرن بیستم را از مدل‌سازی‌ها زدود، ارتباط آماری مابین کمینه‌های خورشیدی و زمستان‌های سخت، مستحکم‌تر می‌شود و این بدان‌معناست که تأثیرات زمین-خورشید، ارتباطی با مسأله‌ی گرمایش زمین ندارد.

اما مشخص است که تأثیر خورشید بر سامانه‌های آب و هوایی انکارناپذیر است، چراکه در هر صورت انرژی‌ این سامانه‌ها، مستقیم یا غیرمستقیم از خورشید تأمین می‌شود.

لین می‌گوید: «همه‌ی قسمت‌های ریز به هم می‌پیوندند و چیزی بسیار بزرگتری را شکل می‌دهند. مردم هم‌اکنون در حال درک این موضوع‌اند که اقلیم اروپا، متآثر از فعالیت‌های خورشیدی است». پژوهشی در سال ۲۰۰۸ نیز مدعی شده بود دماهای بیش از حد متوسط اروپا نیز طی بیشینه‌های فعالیت خورشیدی شایع‌ترند. لین معتقد است پژوهش‌هایی نظیر آنچه او و یا لوک‌وود انجامشان داده‌اند، به شکستن سکوت حاکم بر دانشمندانی که تاکنون بر مسأله‌ی تأثیر چرخه‌های ۱۱ساله‌ی خورشیدی و اقلیم زمین گلاویز یوده‌اند، کمک شایان توجهی خواهد نمود.

پژوهشی که دو سال پیش توسط دکتر «دیوید باریوپدرو» از دانشگاه لیسبون پرتغال و همکارانش بر ماهیت پدیده‌هایی موسوم به «وقایع انسدادی» در جت‌استریم‌های جاری در عرض‌های میانی، طی زمستان‌های ۱۹۵۵ تا ۱۹۹۰ صوزت پذیرفت، شاهد روشنی بر این مدعاست.

زمستانی که گذشت، از سخت‌ترین زمستان‌های اروپا و از گرم‌ترین زمستان‌های دیگر نقاط زمین بود / مارسل آنتونیس / AFP

جت‌استریم، بادها را از جانب غرب از فراز آتلانتیک به شمال اروپا می‌برد. انسداد نیز هنگامی‌ رخ می‌دهد که پیچ‌وخم‌های مسیر جت‌استریم آنقدر از حد می‌گذرد که بادها با چرخشی ۱۸۰ درجه‌ای، خود مسیر خود را سد می‌کنند و بدین‌تریب هدایت اقلیم ناحیه به بادهای سرد شمالی-شرقی سپرده می‌شود. باریوپدرو فهمید هنگامی‌که فعالیت خورشید اندک است، رویدادهای انسدادی به سمت شرق و اروپا سوق پیدا کرده و دهلیز هوایی گسترده‌ای را به‌سوی شمالگان می‌گشایند.

اما چگونه فعالیت خورشیدی بر جت‌استریم مؤثر واقع می‌شود؟ نخستین شک ما متوجه استراتوسفر است، لایه‌ای از جو زمین، گسترده در ارتفاع ۲۰ تا ۵۰ کیلومتری. لوک‌وود می‌گوید مطمئنیم الگوهای باد و دما در آنجا متأثر از فعالیت‌های خورشیدی است.

دلیل این امر، مقاومت گاز ازون حاضر در این لایه در برابر تابش ماورای بنفش خورشیدی است که طی بیشینه‌ی فعالیت‌ها، با جذب تابش بیشتر، طبعاً دمایش افزایش خواهد یافت. میزان این گرما در نواحی نزدیک‌تر به خورشید بیشتر است و همین امر موجب جریان بادها در این لایه از جو می‌شود.

اینکه تا چه حد چنین بادهایی بر آب و هوای لایه‌های زیرین‌شان مؤثرند، هنوز در حد گمانه‌زنی است، چراکه دانسته‌هایمان از فیزیک حاکم بر استراتوسفر اندک است، اما با این وجود، در تأثیر اقلیم استراتوسفری بر لایه‌ی زیرین‌اش یعنی تروپوسفر که جت‌استریم و پایین‌ترش ما انسان‌ها در آن سکونت داریم، شکی نیست.

«ادوین گربر» از دانشگاه نیویورک، مشغول بررسی این فعل و انفعالات است. او و همکارانش در سال گذشته نشان دادند که حرکت‌های رو به بالای هوا در تروپوسفر، توان تغییر الگوی بادهای استراتوسفری را داراست. این دگرگونی‌ها خود دوباره بر تروپوسفر مؤثر واقع می‌گردد و نتیجتاً سطح زمین نیز از آن‌ها بی‌بهره نمی‌ماند. گربر می‌گوید: «تغییرات بادهای استراتوسفری، بر مسیر طوفان‌های زمستانی سرتاسر اروپا مؤثر است.»

اگرچنانچه محققین موفق به اثبات تأثیرات خورشید بر تروپوسفر از طریق استاتوسفر شوند، این راه حلی برای یکی از بزرگترین معماهای عصر یخبندان کوچک خواهد بود، پدیده‌ای مختص اروپا که دیگر نقاط زمین در آن شرکتی ندارند. لوک‌وود معتقد است تأثیرات خورشید بر تروپوسفر، جهانی نیست.

او می‌گوید: «[این تأثیرات]، به‌جای مجموع انرژی تزریقی به جو، چگونگی پراکنش آن در گرداگرد زمین را دچار تغییر می‌سازند.»

مطالعات آتی ممکن است از تأثیرات بیشتری از این دست بر مقیاس وسیع‌تری پرده بردارند، اما به‌نظر می‌رسد اروپا مخصوصاً مستعد لمس آنهاست، چراکه این سرزمین دقیقاً در زیر جریان جت‌استریم شمالی، و در عرضی واقع است که پیچ‌وخم‌های مسیرش به گره تبدیل می‌شوند.

هر چند لکه‌های خورشیدی، به‌آرامی در حال بازگشت به چهره‌ی یکدست خورشیدند، اما ستاره‌شناسان گمان نمی‌کنند این ستاره به ترازهای پیشین فعالیت‌اش بازگردد. از این‌رو اگر حق با لوک‌وود باشد، مادامی‌که دمای عمومی نیمکره‌ی شمالی به‌واسطه‌ی گرمایش جهانی در دهه‌های آتی افزایش خواهد داشت، اروپای شمالی می‌بایست انتظار زمستان‌های سخت‌تری را بکشد و هم‌اکنون وقت تهیه‌ی دست‌کش‌های کلفت است!

پانوشت:

بخش «خورشید خشمگین هم می‌شود»، به‌منظور آشنایی با مفاهیم اولیه‌ی متن اصلی، توسط مترجم نگاشته شده است.