باد خورشیدی (solar wind) جریانی پیوسته‌ی از ذرات زیراتمی باردار است که توسط خورشید گسیل می‌شوند. برای انسان‌ها، این جریان نوعی موهبت مختلط (یا دوگانه) است. سیگنال‌های GPS که اکنون به آن‌ها وابسته هستیم، می‌توانند توسط باد خورشیدی دچار اختلال شوند. اما باد خورشیدی همچنین یک سازوکار محرک در پشت شفق‌های قطبی خیره‌کننده – و همتایان جنوبی به همان اندازه زیبای آن‌ها – است.
زمین تنها مکانی نیست که تحت تأثیر این ذرات جاری قرار می‌گیرد. داده‌های تازه‌جمع‌آوری‌شده نشان می‌دهد که باد خورشیدی ممکن است به طور قابل مشاهده‌ای چهره‌ی نمادین ماه را تغییر داده باشد. به علاوه، این باد به تشکیل یک حباب کیهانی (cosmic bubble) کمک می‌کند که تمام همسایگی سیاره‌ای ما را در بر می‌گیرد.
نمایش پلاسما
هیدروژن و هلیوم دو عنصر اصلی باد خورشیدی هستند. تصادفی نیست که این دو عنصر حدود 98 درصد از ترکیب شیمیایی خورشید را نیز تشکیل می‌دهند. دماهای فوق‌العاده بالا مرتبط با این ستاره، مقادیر زیادی از اتم‌های هیدروژن و هلیوم، و همچنین اتم‌های سایر عناصر متفرقه مانند اکسیژن را از آن می‌کَنند.
الکترون‌ها که توسط گرمای شدید، انرژی می‌گیرند، شروع به دور شدن از هسته‌های اتمی که زمانی به دورشان می‌چرخیدند، می‌کنند. این امر پلاسما را ایجاد می‌کند؛ فازی از ماده که شامل مخلوطی از الکترون‌های آزاد و هسته‌هایی است که آن‌ها بر جای گذاشته‌اند. هر دو، بار الکتریکی دارند: الکترون‌های سرگردان دارای بار منفی هستند در حالی که هسته‌های رها شده دارای بار مثبت هستند.
باد خورشیدی از پلاسما تشکیل شده است – و تاج خورشید (corona) نیز چنین است. تاج خورشید، لایه‌ی کم‌نوری از اتمسفر خورشید است که تقریباً 2100 کیلومتر (1300 مایل) بالاتر از سطح خورشید آغاز می‌شود و تا عمق زیادی در فضا گسترش می‌یابد. حتی با استانداردهای خورشیدی نیز، این لایه به شدت داغ است. دما در داخل تاج می‌تواند بسیار فراتر از 1.1 میلیون درجه سانتی‌گراد (2 میلیون درجه فارنهایت) باشد، که این لایه را صدها برابر داغ‌تر از سطح واقعی خورشید در زیر آن می‌کند.
حدود 32 میلیون کیلومتر (20 میلیون مایل) دورتر از آن سطح، بخش‌هایی از تاج به باد خورشیدی تبدیل می‌شوند. در اینجا، میدان مغناطیسی خورشید، تسلط خود را بر ذرات زیراتمی پرسرعت که تاج را تشکیل می‌دهند، تضعیف می‌کند.
در نتیجه، ذرات شروع به تغییر رفتار خود می‌کنند. در داخل تاج، الکترون‌ها و هسته‌ها به شکلی تا حدودی منظم حرکت می‌کنند. اما آن‌هایی که از آن نقطه‌ی گذار عبور می‌کنند، پس از آن، مانند بوران‌های برف در یک طوفان زمستانی، نامنظم‌تر رفتار می‌کنند. پس از ترک تاج خورشید، این ذرات به عنوان باد خورشیدی به فضا می‌روند.
نقطه شروع
جریان‌های انفرادی باد خورشیدی با سرعت‌های متفاوتی حرکت می‌کنند. جریان‌های کندتر تقریباً 300 تا 500 کیلومتر (186 تا 310 مایل) بر ثانیه را طی می‌کنند. همتایان سریع‌تر آن‌ها، این اعداد را شرمنده می‌کنند و با سرعت 600 تا 800 کیلومتر (373 تا 497 مایل) بر ثانیه پرواز می‌کنند.
پرسرعت‌ترین بادها از حفره‌های تاجی (coronal holes) خارج می‌شوند؛ این حفره‌ها، نقاط موقتی از پلاسمای سرد و کم‌تراکم هستند که در تاج خورشید ظاهر می‌شوند. این نقاط به عنوان خروجی‌های عالی برای ذرات باد خورشیدی عمل می‌کنند زیرا خطوط میدان مغناطیسی باز (open magnetic field lines) از میان آن‌ها عبور می‌کنند.
اساساً، خطوط باز، بزرگراه‌هایی هستند که ذرات باردار را از تاج به سمت دور دست‌ها پرتاب می‌کنند. (آن‌ها را با خطوط میدان مغناطیسی بسته اشتباه نگیرید؛ این‌ها کانال‌های حلقه‌ای هستند که در امتداد آن‌ها پلاسما از سطح خورشید بیرون می‌جهد و سپس مستقیماً به داخل آن بازمی‌گردد.)
اطلاعات کمتری در مورد نحوه‌ی تشکیل بادهای کندتر وجود دارد. با این حال، به نظر می‌رسد نقطه‌ی مبدأ آن‌ها در هر زمان مشخص، تحت تأثیر جمعیت لکه‌های خورشیدی (sunspots) باشد. هنگامی که این لکه‌ها کمیاب هستند، اخترشناسان بادهای کند را مشاهده می‌کنند که از منطقه‌ی استوایی خورشید خارج می‌شوند و بادهای پرسرعت از قطبین خارج می‌شوند. اما هنگامی که لکه‌های خورشیدی رایج‌تر می‌شوند، هر دو نوع باد خورشیدی در مجاورت نزدیک‌تری نسبت به یکدیگر در سراسر کره‌ی درخشان ظاهر می‌شوند.
به هلیوسفر خوش آمدید
صرف نظر از اینکه یک توده‌ی باد خورشیدی با چه سرعتی در حال حرکت است، وقتی با تاج خورشید (corona) “خداحافظی” می‌کند، سرانجام کند خواهد شد. بادهای خورشیدی از خورشید در تمام جهات خارج می‌شوند. با این کار، آن‌ها کپسولی از فضا را نگهداری می‌کنند که خورشید، ماه و هر جرم دیگری در منظومه‌ی شمسی ما را در خود جای داده است. این همان چیزی است که دانشمندان آن را هلیوسفر (heliosphere) می‌نامند.
فضاهای به ظاهر خالی بین ستارگان در کهکشان ما در واقع پر از محیط میان‌ستاره‌ای (ISM) هستند؛ ترکیبی از هیدروژن، هلیوم و ذرات غبار فوق‌العاده کوچک. اساساً، هلیوسفر یک چاله غول‌پیکر است که توسط این مواد بین ستاره‌ای احاطه شده است.
هلیوسفر، مانند یک پیاز فوق‌العاده بزرگ، یک ساختار لایه‌ای است. جبهه پایانی (Termination Shock) آن یک منطقه‌ی حائل بسیار فراتر از پلوتون و کمربند کوییپر (Kuiper Belt) است که در آن سرعت باد خورشیدی به سرعت کاهش می‌یابد. فراتر از آن نقطه، مرز بیرونی هلیوسفر قرار دارد، مکانی که در آن محیط میان‌ستاره‌ای و بادهای خورشیدی از نظر قدرت به طور یکسان متعادل می‌شوند.
شفق‌های قطبی، ماهواره‌ها و زمین‌شناسی قمری
نزدیک‌تر به خانه، ذرات موجود در بادهای خورشیدی مسئول شفق قطبی شمالی (aurora borealis) (“نورهای شمالی”) و شفق قطبی جنوبی (aurora australis) (“نورهای جنوبی”) هستند. زمین دارای یک میدان مغناطیسی است که دو قطب آن بالای مناطق قطب شمال و قطب جنوب قرار دارند. هنگامی که باد خورشیدی با این میدان تماس پیدا می‌کند، ذرات باردار آن به سمت آن دو ناحیه رانده می‌شوند. اتم‌های موجود در جو ما پس از تماس با بادها انرژی می‌گیرند. این انرژی باعث ایجاد نمایش‌های نوری خیره‌کننده می‌شود.
در حالی که سیارات دیگر – مانند زهره و زحل – نیز شاهد شفق‌های قطبی هستند، ماه زمین این پدیده را تجربه نمی‌کند. با این حال، بادهای خورشیدی ممکن است وجود “چرخنده‌های قمری” (lunar swirls) را توضیح دهند؛ بخش‌هایی از ماه ما که تمایل دارند تیره‌تر یا روشن‌تر از سطح اطراف خود باشند.
منشأ آن‌ها یک راز است، اما شواهد جمع‌آوری شده توسط یک مأموریت فضایی در حال انجام ناسا نشان می‌دهد که این لکه‌های تغییررنگ‌یافته – در واقع – علائم آفتاب‌سوختگی غول‌پیکر هستند. بخش‌هایی از سطح ماه توسط میدان‌های مغناطیسی کوچک و ایزوله شده از باد خورشیدی محافظت می‌شوند. اما سایر نواحی در معرض آن قرار دارند. بنابراین، در تئوری، هنگامی که بادها به این نقاط برخورد می‌کنند، ممکن است واکنش‌های شیمیایی را آغاز کنند که رنگ سنگ‌های خاصی را تغییر می‌دهد.
ابزارهای ساخته‌ی دست بشر نیز در برابر پلاسمای در حال حرکت آسیب‌پذیر هستند. گزارش شده است که قطعات الکتریکی ماهواره‌های مصنوعی پس از بمباران شدن توسط ذرات باردار زیراتمی با منشأ خورشیدی، دچار نقص فنی شده‌اند.
یک نکته جالب
به دلیل باد خورشیدی، خورشید هر ثانیه 1.5 میلیون تن از پروتون‌های خود را به بیرون پرتاب می‌کند.
سوالات متداول
باد خورشیدی چیست؟
باد خورشیدی جریانی پیوسته از ذرات زیراتمی باردار است که توسط خورشید گسیل می‌شوند.
علت ایجاد باد خورشیدی چیست؟
تاج خورشیدی (corona)، لایه‌ی کم‌نوری از اتمسفر خورشید است که تقریباً 2100 کیلومتر (1300 مایل) بالاتر از سطح خورشید آغاز می‌شود و تا عمق زیادی در فضا گسترش می‌یابد. حدود 32 میلیون کیلومتر (20 میلیون مایل) دورتر از آن سطح، بخش‌هایی از تاج به باد خورشیدی تبدیل می‌شوند. در اینجا، میدان مغناطیسی خورشید، تسلط خود را بر ذرات زیراتمی پرسرعت که هاله را تشکیل می‌دهند، تضعیف می‌کند.
باد خورشیدی عمدتاً از چه چیزی تشکیل شده است؟
هیدروژن و هلیوم دو عنصر اصلی باد خورشیدی هستند.
آیا شراره‌های خورشیدی بر انسان‌ها تأثیر می‌گذارند؟
سیگنال‌های GPS که اکنون به آن‌ها وابسته هستیم، می‌توانند توسط باد خورشیدی دچار اختلال شوند. اما باد خورشیدی همچنین یک سازوکار محرک در پشت شفق‌های قطبی خیره‌کننده – و همتایان جنوبی به همان اندازه زیبای آن‌ها – است.
هنگامی که میدان مغناطیسی زمین با باد خورشیدی برهم‌کنش می‌کند، چه اتفاقی می‌افتد؟
هنگامی که باد خورشیدی با این میدان تماس پیدا می‌کند، ذرات باردار آن به سمت قطبین مغناطیسی شمال و جنوب زمین رانده می‌شوند. اتم‌های موجود در جو ما پس از تماس با بادها انرژی می‌گیرند. این انرژی باعث ایجاد نمایش‌های نوری خیره‌کننده می‌شود.
