البقع الشمسية.. أجوبة اللغز منذ غاليليو إلى يومنا هذا

محمد أحمد كيلاني 

منذ أن سمع جاليليو جاليلي شائعات، في عام 1609، عن أداة بصرية جديدة مكونة من عدسات قادرة على زيادة حجم وإضاءة الجسم المرصود، لم يتخل عن جهوده لبناء أداة خاصة به من أجل التفكير في السماء بمزيد من التفصيل، وللقيام بذلك، كرس نفسه لجمع كل ما يستطيع من معلومات حول هذا الاختراع الذي ربما ظهر في هولندا والذي لم يكن مؤلفه واضحًا أيضًا، وحتى ذلك الشتاء نفسه، تمكن من تطوير تلسكوبه الخاص الذي سيبدأ به ملاحظاته الفلكية الأولى وهي البقع الشمسية.

البقع الشمسية 

إذا كان هناك شيء مشترك بين معظم الاكتشافات التي قام بها بعد ذلك، فهو الإحساس المقلق، على النقيض من الصورة الأرسطية للكون، بأن كل شيء كان أكثر تعقيدًا وفوضوية مما كان متوقعًا من بين أمور أخرى، وذلك بسبب وجود بعض البقع الغامضة في الشمس التي لم يُسمع عنها من قبل.

وقد شوهدت البقع الداكنة على سطح الشمس منذ القدم، والتي كانت تعتبر نذيرًا لأحداث مهمة، وعلى وجه الخصوص، فقد أشارت كتابات عديدة من الحضارات الشرقية بشكل صريح إلى هذه الظاهرة، والتي كانت تميز بالعين المجردة في الأيام الصافية.

وهذا هو الحال، على سبيل المثال، في السرد الصيني من 10 يناير 375 م، ويتم فيه كشف أن البقع الشمسية ظهرت عندما عجز المسؤولون الحكوميون عن منع الإمبراطور من السير في الطريق الخاطئ، كما كتب مانويل فاسكيز أبيليدو، الباحث في معهد الفيزياء الفلكية لجزر الكناري (IAC) والمتخصص في الفيزياء الشمسية، في كتابه الشمس حجر رشيد لفهم الكون، ونقتبس منه:

 “في داخل الشمس كانت هناك بقعة سوداء بحجم بيضة دجاج، وبحلول ذلك الوقت، كان الإمبراطور قد وصل بالفعل إلى سن الرشد، على الرغم من استمرار الإمبراطورة كانغ شيان في إدارة شؤون الدولة.  وكان هذا مخالفًا للقانون الإقطاعي، وبالتالي ظهرت العيوب في الشمس”.

 ومع ذلك، كانت المنشورات حول هذه البقع نادرة في الغرب لأنها تتناقض مع أفكار أرسطو حول النموذج المثالي والثابت للكون، والذي كان مرتبطًا بالدين المسيحي لعدة قرون، وأول ذكر ملحوظ لهذه الظاهرة في الغرب، والذي يتضمن رسمًا تخطيطيًا لها، هو ما ذكره الراهب الإنجليزي جون ورسستر في كتابه “وقائع من السجلات” (Chronicon ex Chronicis)، من عام 1128: “هذا الصباح ظهر شيء مثل دائرتين أسودتين داخل الشمس، أحدهما في الأعلى أكبر والآخر في الأسفل أصغر”.

ثلاث بقع سوداء

لم تبدأ الدراسة العلمية لعيوب الشمس هذه إلا بعد وصول التلسكوب، هناك بعض الجدل حول من كان أول من قام بذلك، ولكن يمكن القول، بشكل مستقل، أن هناك العديد من علماء الفلك الذين قاموا بهذه الملاحظات في نفس الوقت تقريبًا: في إيطاليا، غاليليو غاليلي؛  وفي ألمانيا كريستوف شاينر؛  وفي إنجلترا توماس هاريوت؛  وفي سويسرا يوهان المعمدان سيسات.  

وتجدر الإشارة بشكل خاص إلى يوهانس فابريسيوس، الذي يعتبر حاليًا أول شخص ينشر مرجعًا محددًا عن البقع الشمسية.

وإذا استبعدنا المنشورات، فمن المحتمل أن يكون عالم الرياضيات الإنجليزي البارز توماس هاريوت هو الذي قام، في 3 ديسمبر 1610، بأول ملاحظة للبقع الشمسية من خلال التلسكوب، ومع ذلك، وعلى الرغم من وصوله إلى هذا الإنجاز التاريخي، إلا أنه اختار عدم كتابة أي شيء على الإطلاق حول هذا الموضوع.  

وفي الواقع، نادرًا ما ينشر هاريوت أي شيء خلال حياته، لذلك لم يبدأ وصفه إلا بعد وفاته بسرطان الجلد، الناجم عن حبه للتبغ الذي تم إحضاره من أمريكا،وهذا لا ينفي بأنه أهم عالم رياضيات من جامعة أكسفورد على الإطلاق. 

في الواقع، فقد أدلى بمثل هذه الملاحظات، فذلك بسبب سلسلة من الرسومات التي رسمها بنفسه للشمس، حيث صور بوضوح ثلاث بقع شمسية، علاوة على ذلك، وبعد مرور عام، عندما كان يوهانس فابريسيوس قد نشر عمله بالفعل، ترك هاريوت ما يلي كتابيًا: “رأيت ثلاث نقاط سوداء من خلال التلسكوب ذي العشرة أضعاف، كان أكبرها حوالي دقيقتين قوسيًا، بينما كان الآخرون حوالي دقيقة قوسية واحدة”.

ومع ذلك، ظل وصف تلك المواقع مجهولاً حتى عام 1788، حيث تم العثور على مخطوطاته التي تحتوي على مائتي رسم تغطي 214 يومًا من المراقبة.

ومن الواضح أن تقنية الملاحظة المباشرة التي لجأ إليها هاريوت، والتي تم إحباطها تمامًا اليوم، أدت إلى مشاكل في العين وصداع شديد، وبعض الآثار الجانبية التي تمكن الفلكي اليسوعي الألماني كريستوف شاينر، وهو أحد مكتشفي البقع الشمسية، من تجنبها من خلال عرض صورة الشمس على شاشة من خلال الجمع بين التلسكوب والكاميرا الغامضة (أداة بصرية تسمح بالحصول على إسقاط مسطح للشمس) صورة خارجية على المنطقة الداخلية من سطحه).  

وقد يستخف رئيسه، ثيودور بوسايوس، بهذه النتائج ونقتبص تلك الكلمات: “لقد قرأت أرسطو من الغلاف إلى الغلاف، ويمكنني أن أؤكد لك أنني لم أجد شيئًا مشابهًا لما ذكرته, ابتعد واهدأ وتأكد من أن ما تأخذه للبقع هو مشاكل في عدساتك أو عينيك”.

وعلى الرغم من كل هذه المقاربات التي قام بها مختلف علماء الفلك لظاهرة البقع، إلا أنه يعتبر أن غاليليو هو الذي كشف عنها على أكمل وجه وأشمل، وأيضا هو الذي وضع أفضل التخمينات حول طبيعتها.  

حتى أنه كان سيدخل في جدال رسائلي مرير مع شاينر، تتخلله إهانات من أدنى المستويات، والذي اتهمه بأنه غير قادر على تفسير الظاهرة بشكل صحيح على الرغم من أنه كان أمام عينيه، وربما نشأت الاتهامات أيضًا عن الخلاف حول أي منهما كان أول من اكتشف البقع الشمسية.

البقع الشمسية.. الانتظام التام للنقص

وبسبب مقاومة قبول فكرة أن الشمس ليست جسمًا مثاليًا، فإن التفسيرات الأولى لتلك الظاهرة التي تحدت النموذج الحالي، وهي بقع الكمال الأرسطي الذي يضرب به المثل، كانت ذات طبيعة مختلفة تمامًا.  

وبينما اعتبر البعض أن البقع ما هي إلا عبور لأقمار صناعية للشمس، مما أعاق رؤية الشمس، اقترح آخرون، مثل جاليليو، أنها كانت سحبًا تنتقل عبر غلاف جوي شمسي مفترض، وذهب السير ويليام هيرشل، مكتشف كوكب أورانوس، إلى أبعد من ذلك، حيث ظن أن سطح الشمس كان في الواقع مظلمًا وأن البقع كانت بالتالي عبارة عن ثقوب في الغطاء السحابي السميك للشمس، ويمكن من خلالها الوصول إلى رؤية السطح الحقيقي.

ومع ذلك، فقد فقدت كل هذه التكهنات زخمها تدريجيًا، خاصة نتيجة لدراسة هياكل البقع الشمسية وكيفية تنوعها بانتظام تام، وبدأ اكتشاف هذا الانتظام بفضل عمليات الرصد اليومية التي يتم إجراؤها في مرصد زيورخ، بدءًا من عام 1749.

وهكذا، في 23 نوفمبر 1760، قام الاسكتلندي “ألكسندر ويلسون” بأول ملاحظة ذات صلة لهياكل البقع الشمسية، وتحقق من أنها تضيق عندما تقترب من الحافة اليمنى، وبعد ظهورها مرة أخرى على الجانب الآخر، فإنها تتسع مرة أخرى.  

وهذا التأثير، الذي أظهر أن البقع كانت سمات السطح الشمسي وليست أقمارًا صناعية موجودة على السطح، سيُطلق عليه في النهاية اسم “تأثير ويلسون”، وعلاوة على ذلك، استنتج ويلسون نفسه أن البقع كانت عبارة عن منخفضات في السطح وأن هذه الاختلافات كانت نتيجة لتأثير المنظور.

ولم تتغير بنية البقع الشمسية بانتظام فحسب، بل كان عددها يتغير أيضًا بشكل دوري، كما أكد عالم الفلك الألماني الهاوي هاينريش شوابي في عام 1843 عن طريق الصدفة البسيطة: كان يحاول في الواقع اكتشاف كوكب جديد داخل مدار عطارد، والذي كان قد اكتشفه مؤقتًا. اسمه فولكان.

ولم يكن بركان موجودًا، ولكن في وقت لاحق، أكد عالم الفلك السويسري رودولف وولف الدورية التي ألمح إليها شوابي، وبعد تجميع الإشارات إلى عدد البقع التي تم العثور عليها، والعودة إلى الملاحظات التلسكوبية الأولى لغاليليو وشاينر، انتهى به الأمر إلى إنشاء أن العدد كان محكومًا بدورية تبلغ حوالي أحد عشر عامًا. 

وقدم وولف أيضًا ما يسمى برقم وولف أو رقم زيورخ، وهي صيغة أساسية تسمح بحساب عدد البقع على القرص الشمسي في وقت معين.

وبهذه الطريقة، يمكن استنتاج عددها بغض النظر عما إذا كانت القيود التقنية أو القيود الجوية لا تسمح بتمييزها جميعًا، وتوحيد المعايير وسجلات البقع في أي مكان في العالم وفي أي وقت.  

ولهذا السبب، لا يزال يتم استخدام تعداد البقع الشمسية في يومنا هذا، حيث لا يوجد مؤشر آخر لنشاط الشمس يغطي هذا العدد الكبير من القياسات المستمرة التي تم إجراؤها في الماضي.

الأدلة الوثائقية للتصوير الشمسي

مع ظهور التصوير الفوتوغرافي، تم اتخاذ خطوة كبيرة في فهم ليس فقط الفيزياء الشمسية، ولكن أيضًا البقع الشمسية، لأن التصوير الفوتوغرافي سمح بسجل أكثر موضوعية وإثباتًا للملاحظات.

وفي 2 أبريل 1845، حصل دريبر على أول صورة للقمر المكتمل، وسيلتقط هيبوليت فيزو وليون فوكو أول صورة لسطح الشمس في باريس، وكانت النتيجة صورة داجيروتيب (عملية يتم من خلالها الحصول على صورة إيجابية من لوحة نحاسية مطلية بيوديد الفضة) يبلغ حجمها حوالي اثني عشر سنتيمترًا، حيث يمكن رؤية بعض البقع الشمسية.

وكانت هذه هي المرة الأولى التي تسجل فيها هذه الظاهرة بصورة فوتوغرافية، وهو أول دليل قاطع على وجودها، وهذا الإنجاز التكنولوجي، إلى جانب التجربة التي أتاحت لهم الحصول على قياس مباشر لسرعة الضوء، من شأنه أن يجعل من الممكن أن يكون اسم فيزو واحدًا من 72 اسمًا مكتوبًا على قاعدة برج إيفل (في الواقع، كان فيزو واحدًا من الأسماء الـ 72 المكتوبة على قاعدة برج إيفل). كان الشخص الوحيد الذي لا يزال على قيد الحياة عندما تم افتتاح البرج للجمهور في عام 1889).

وبعد سنوات، قام البريطاني وارن دي لا رو بتصميم تلسكوب للرصد الفوتوغرافي للبقع الشمسية، وقد أجرى الفرنسي بيير جول يانسن تحسينات مهمة في تقنية التصوير الفوتوغرافي من خلال المستحلبات الجافة من الجيلاتين وبروميد الفضة في مرصد مودون بفرنسا، وذلك باستخدام تلسكوب قطره اثني عشر سنتيمترا.

وتتمتع كل هذه الصور التي حصل عليها رواد التصوير الشمسي بجودة مذهلة للغاية بالنسبة للوقت الذي التقطت فيه، لكنها لم تكن سوى بداية ذلك السباق للتدقيق في ألغاز الجسم الأكثر سطوعًا في السماء.

وفي عام 1859، اكتشف عالم الفلك الإنجليزي الهاوي ريتشارد كارينغتون، الذي أثبت لأول مرة وجود التوهجات الشمسية وخمن تأثيرها الكهربائي على الأرض وشفقها، أن متوسط خط العرض للبقع يختلف مع مرور الوقت.  

وهكذا، ظهرت بالقرب من خطوط عرض 30 درجة في بداية دورة النشاط، ولكن مع تقدم الدورة، تشكلت البقع بشكل متزايد بالقرب من خط الاستواء، حيث تقع عند حد أقصى بالقرب من خط عرض 10 درجات.

البقع الشمسية الحية

وبهذه الطريقة، وبفضل الدراسة الشاملة لأجيال من علماء الفلك، الذين سجلوا بدقة عدد البقع على سطح الشمس، وكذلك شكلها وموقعها وتطورها، أمكن التحقق من عددها في الواقع، وتزداد شدة هذه البقع الشمسية أو تنقص تقريبًا في نطاق يتراوح بين 9.5 إلى 11 عامًا.

كما أتاحت لنا التطورات الحالية في الفيزياء الشمسية إثبات أن البقع الشمسية هي نتيجة نفس نشاط نجمنا: مناطق الشمس التي تتمتع بدرجة حرارة أقل (حوالي 3900 درجة مئوية مقارنة بحوالي 5500 درجة مئوية على السطح) والتي تزيد بشكل كبير من درجة حرارتها، والنشاط المغناطيسي، والذي يمكن أن يؤثر في النهاية على أنظمة الاتصالات على كوكبنا.

والسبب الدقيق وراء برودة البقع غير معروف، ولكن أحد الاحتمالات هو أن المجال المغناطيسي الذي يسببها لا يسمح بنفس نقل الحرارة تحتها، ومع ذلك، فهي ليست مظلمة كما تبدو، ولكنها تبدو كذلك على النقيض من سطوع الشمس، وفي الواقع، تشرق البقع الشمسية أكثر سطوعًا بحوالي خمسين مرة من القمر الكامل.

ولا تظهر البقع الشمسية عادةً بشكل منعزل أيضًا، ولكنها تميل إلى الارتباط في مجموعات تصل إلى مائة، ولكل منها جزء مركزي أغمق بكثير يسمى “الظل”، ومنطقة محيطية أفتح تسمى “الظل”.  

ويتراوح متوسط عمرها من بضعة أيام إلى عدة أشهر، ويتراوح حجمها من بضع عشرات من الكيلومترات إلى 160,000 (للمقارنة، يبلغ قطر الأرض حوالي 12,700 كيلومتر فقط)، ومع ذلك، وفي 8 أبريل 1947، وصلت أكبر بقعة شمسية على الإطلاق في التاريخ الحديث إلى حجم أقصى يعادل 35 مرة حجم الأرض.

البقع العملاقة التي أطاحت بالكمال الأرسطي، لكنها سمحت لنا بالتأمل في الكون بمزيد من التبجيل والشعور بالدهشة، وهناك عيوب هائلة قادرة على التأثير على عالمنا، وكذلك على اتصالاتنا، والتي نعرفها جيدًا نسبيًا على الرغم من أنها، في معظم التاريخ، لم يتم تسجيلها إلا من خلال القصص.

أما اليوم، فإن نجمنا، الشمس، يخضع للمراقبة المستمرة بواسطة أدوات قوية مثل مرصد ديناميكيات الطاقة الشمسية (SDO) التابع لناسا، والذي يسمح أيضًا بمشاهدته مباشرة من الإنترنت، على مواقع مثل (SpaceWeatherLive)، وهكذا، يستطيع أي منا، مثل غاليليو المعاصر، أن يحصي البقع الشمسية، التي يتم تحديثها ساعة بساعة، من على الأريكة المريحة.

أقرأ أيضاً.. الكوكب الأكثر حرارة في المجموعة الشمسية