ما هو الطقس الفضائي؟ ولماذا من المهم دراسته؟

يعد الطقس الفضائي أحد المجالات المثيرة والمهمة في علم الفلك والجيوفيزياء، حيث يرتبط ارتباطًا مباشرًا بالنشاط الشمسي وتأثيراته على الأرض. على الرغم من أنه غير مرئي للعين المجردة، إلا أن تأثيراته يمكن أن تكون ملموسة، بدءًا من اضطرابات الاتصالات إلى الظواهر المذهلة مثل الشفق القطبي. في هذا المقال، نستكشف ماهية الطقس الفضائي، كيف يتشكل، وكيف يمكن أن يؤثر على التقنيات الحديثة والبنية التحتية الحيوية لكوكبنا، مما يبرز أهمية مراقبته ودراسته المستمرة لفهم هذه الظواهر الطبيعية.

ما هو الطقس الفضائي وكيف يؤثر على الأرض؟

يختلف الطقس الفضائي اختلافًا كبيرًا عن الطقس على الأرض. يشمل الطقس على الأرض ظروفًا جوية، مثل درجة الحرارة والرطوبة والضغط الجوي، والتي يمكن أن تُسبب عواصف مصحوبة بهطول الأمطار والرياح. في فراغ الفضاء، لا يوجد ماء ولا هواء، وبالتالي لا يوجد أي هطول. ولكن هناك رياح - الرياح الشمسية - ليست هواءً على الإطلاق، بل هي تيار من الطاقة والبلازما، أو جسيمات مشحونة، من الشمس. عواصف الطقس الفضائي غير مرئية، لكنها لا تزال تؤثر على الأرض.

ما هي عواصف الطقس الفضائي؟

يبدأ طقس الفضاء بالشمس. تُصدر الشمس طاقة كهرومغناطيسية بأطوال موجية متعددة، بما في ذلك الضوء المرئي، والموجات الراديوية، والأشعة فوق البنفسجية، والأشعة السينية عالية الطاقة، وغيرها. كما تُصدر الشمس تيارًا من الإشعاع على شكل جسيمات مشحونة (بلازما) تُشكل الرياح الشمسية. وترسل انفجارات الطاقة العرضية الناتجة عن الانفجارات الضخمة على سطح الشمس البلازما والإشعاع عبر نظامنا الشمسي، وأحيانًا باتجاه الأرض. تُعد التوهجات الشمسية، والانبعاثات الكتلية الإكليلية (CMEs)، وظواهر البروز الشمسي أمثلة على الظواهر الشمسية التي يُمكن أن تُطلق هذه الانفجارات من الطاقة نحو الأرض وتُسبب عواصف طقس فضائية.

يتفاعل طقس الفضاء مع الغلاف الجوي للأرض

عندما تتدفق الرياح الشمسية عبر الأرض، فإنها تنحرف في الغالب حول الغلاف المغناطيسي للأرض، وهو المجال المغناطيسي الواقي الذي يُحيط بكوكبنا الهش. تصطدم انفجارات الطاقة الشمسية التي تنتقل نحو الأرض بالغلاف المغناطيسي، مُرسلةً إشعاع الجسيمات في دوامة على طول خطوط المجال المغناطيسي لكوكبنا. عندما تصطدم جسيمات الإشعاع هذه بالذرات في الغلاف الجوي العلوي للأرض، تُنتج عواصف الطقس الفضائي الناتجة أحيانًا عروضًا ضوئية مذهلة تُسمى الشفق القطبي - الأضواء الشمالية والجنوبية. ويمكن أن يتداخل الطقس الفضائي أيضًا مع إلكترونيات الأقمار الصناعية، والاتصالات اللاسلكية، وإشارات نظام تحديد المواقع العالمي (GPS)، ومدارات المركبات الفضائية، وحتى شبكات الطاقة الكهربائية على الأرض. تُحدث الانبعاثات الكتلية الإكليلية (CMEs) أحداثًا للطقس الفضائي تتفاعل مع الغلاف المغناطيسي للأرض مُسببةً الشفق القطبي، كما يُرى من الفضاء (الوسط) ومن الأرض (اليمين). يمكن أن تُسبب التوهجات الشمسية انقطاعات في الإشارات الراديوية.

تُصدر التوهجات الشمسية الأشعة السينية، من بين أنواع أخرى من الطاقة الكهرومغناطيسية. يمكن أن تُشتت انبعاثات الأشعة السينية المتزايدة الموجات الراديوية نتيجةً لاضطرابات في طبقة الأيونوسفير، مما يُسبب انقطاعات في الإشارات الراديوية على الأرض. كما يمكن أن تستمر حالات انقطاع الإشارات الراديوية لبضع دقائق أو حتى عدة ساعات، وهي أكثر أنواع تأثيرات الطقس الفضائي شيوعًا على الأرض. يوجد في المتوسط 2000 حالة انقطاع في الإشارات الراديوية بسبب النشاط الشمسي خلال كل دورة شمسية مدتها 11 عامًا. تصل طاقة التوهجات الشمسية إلى الأرض في غضون ثماني دقائق تقريبًا، مما لا يترك وقتًا كافيًا للإشعار المسبق. ولذلك، يراقب العلماء الشمس باستمرار لضمان إرسال التنبيهات في أسرع وقت ممكن.

عواصف الإشعاع الشمسي

تنشأ عواصف الإشعاع الشمسي نتيجةً لكلٍّ من التوهجات الشمسية والانبعاثات الكتلية الإكليلية. خلال عاصفة الإشعاع الشمسي، يمكن أن تؤدي الانفجارات الكبيرة للبروتونات والجسيمات الأخرى من الشمس إلى زيادة كمية الإشعاع بالقرب من الأرض إلى مستويات ضارة، مما قد يُسبب آثارًا صحية خطيرة على رواد الفضاء في محطة الفضاء الدولية، وفي بعض الحالات، حتى على مسافري الخطوط الجوية في المناطق القطبية. كما يمكن أن تُسبب هذه الطاقة المتزايدة أضرارًا جسيمة لإلكترونيات الأقمار الصناعية، وقد تتفاعل مع الغلاف الأيوني للأرض لتعطيل الاتصالات اللاسلكية مؤقتًا في المناطق القطبية. تصل العواصف الإشعاعية إلى الأرض في غضون 10 دقائق من الحدث الشمسي، ويمكن أن تؤثر على الكوكب لفترات زمنية تتراوح بين ساعات وأيام.

العواصف الجيومغناطيسية

يُرسل الانبعاث الكتلي الإكليلي دفعةً من الجسيمات والإشعاعات الشمسية نحو الأرض. وينحرف جزء كبير من الطاقة حول الأرض بسبب الغلاف المغناطيسي، لكن بعضها يتفاعل مع غلافنا الجوي مسببًا عواصف جيومغناطيسية وإشعاعية شمسية.

المذنب

يمكن أن يتسبب انبعاث كتلي إكليلي كبير في وصول عاصفة قوية من الرياح الشمسية إلى الأرض، ناقلًا الطاقة إلى المجال المغناطيسي للأرض ومسببًا عاصفة جيومغناطيسية. يمكن لهذه العواصف أن تُحدث تيارات شديدة في الغلاف المغناطيسي للأرض، وتتسبب في ارتفاع درجة حرارة طبقتي الأيونوسفير والثيرموسفير العلوي. التأثير الأكثر شيوعًا على الأرض هو الشفق القطبي المذهل، ولكنه قد يُعطل أيضًا الإشارات اللاسلكية وأنظمة الملاحة، ويُسبب مقاومة للأقمار الصناعية ذات المدارات المنخفضة، ويُلحق الضرر بشبكات الكهرباء. تستغرق العواصف الجيومغناطيسية عادةً عدة أيام للوصول إلى الأرض، لذا يُمكن إصدار التحذيرات قبل وصولها بوقت طويل.حيث يمكن أن تستمر آثار العواصف الجيومغناطيسية لعدة أيام.

كيف يدرس المركز الوطني لأبحاث الغلاف الجوي (NCAR) الطقس الفضائي

تستند هذه المادة إلى عملٍ مدعوم من المركز الوطني لأبحاث الغلاف الجوي التابع للمؤسسة الوطنية للعلوم (NSF)، وهو منشأة رئيسية ترعاها المؤسسة الوطنية للعلوم الأمريكية وتديرها مؤسسة أبحاث الغلاف الجوي الجامعية. لا تعكس أي آراء أو نتائج أو استنتاجات أو توصيات واردة في هذه المادة بالضرورة آراء المؤسسة الوطنية للعلوم الأمريكية.