رؤيـة الـشمس في ضوء أبيض

يُعَد رصد الشمس بالضوء الأبيض تجربة مفيدة وبسيطة نسبياً؛ كما أنها غير مكلفة، وخاصة إذا كان لديك تلسكوب. كل ما ستحتاج إليه هو مُرشِّح شمسي بضوء أبيض White-light solar filter.

هناك كثير من الطرق المختلفة لكتابة سجل للنشاط الشمسي بالضوء الأبيض، بما في ذلك التعداد البسيط لمعالم سطحها، وصور لكامل القرص، وتصنيفات شاملة للبقع الشمسية Sun spot، وتصنيفات مفصلة. في هذا المقال سنوجهك في أثناء عملية رصد الشمس، بدءاً من الأساسيات، وصولاً إلى إجراء تصنيفات يومية مفصلة للبقع الشمسية. ستساعد أرصادك في علم الفلك الشمسي فعلاً؛ ولا تنسَ أن هذه فرصة فريدة لدراسة نجم من مسافة قريبة!

أولاً، وقبل كل شيء، علينا اعتبار مسألة السلامة الشمسية: إن تركيز طاقة الشمس عبر العدسة أو المرآة المقعرة لتلسكوب عاكس يزيدها إلى مستويات يحتمل أن تكون خطرة، ولهذا فإياك أن تنظر مطلقاً، أو أن توجه أي تلسكوب غير مزود بمُرشِّح شمسي إلى الشمس مباشرة. هذا التحذير يشمل أيضاً مناظير التوجيه الصغيرة، وفضلاً عن مخاطر الحريق الواضحة، فهناك احتمال إحراق شعيرات التسديد المتصالبة Crosshairs. نوصي بوضع غطاء، أو مُرشِّح، لمناظير التوجيه، أو حتى إزالتها للاطمئنان فقط.

يعمل مُرشِّح الأمان الشمسي ذو الضوء الأبيض المعتمد والمثبت في مقدمة التلسكوب (طرفه المفتوح) على تقليل مستويات الإشعاع، مما يجعل الشمس مناسبة للرصد المباشر. يمكن طلب المُرشِّحات الشمسية الجاهزة ذات الفتحة الكاملة المناسبة لتلسكوبك، أو يمكنك شراء فيلم أمان شمسي معتمد بتكلفة منخفضة نسبياً، وصنع مُرشِّح بفتحة كاملة. إذا كان لديك تلسكوب كبير، فهناك قياسات كبيرة من الأفلام، أو يكون البديل هو صنع مُرشِّح على فتحة العدسة. هذه قطعة كبيرة من بطاقة غير شفافة تغطي كامل فتحة التلسكوب بفتحة دائرية أصغر ضمنها، وهذه مغطاة بمُرشِّح شمسي. إذا كان تلسكوبك به مرآة ثانوية، فيجب معادلة الفتحة من المركز. تأكد دائماً من فحص المُرشِّح قبل وضعه. إذا تعرض لخدوش، أو سمح بمرور الضوء، فتخلص منه واشترِ أو اصنع غيره.

تعرَّفْ على المعالم
بعد تركيب المُرشِّح على التلسكوب، حان الوقت لتوجيهه نحو الشمس. أفضل طريقة لفعل ذلك هي النظر إلى ظل التلسكوب على الأرض، وضبط موضع التلسكوب إلى أن يصير ظله بأصغر حجم له. إذا كنتَ تستخدم فيلماً بكثافة محايدة (ND 5.0) أو أعلى، فيمكنك مراقبة الشمس من خلال العينية. معظم أفلام المُرشِّحات ذاتية الصنع هي ذات كثافة محايدة ND 5.0، وذلك على الرغم من وجود نسخ خاصة، مثل ND 3.8، مناسبة للمصورين ومعداتهم، وتسمح بمرور مزيد من الضوء، ولكنها غير مناسبة للاستخدام المرئي مع الشمس.

يعمل مُرشِّح الضوء الأبيض على تعتيم الدفق الضوئي للشمس بنحو فعال لجعله مناسباً للمشاهدة المباشرة. عندما تنظر إلى الشمس من خلال مُرشِّح الضوء الأبيض، فإنك تنظر إلى سطحها المرئي، أو ”الفوتوسفير“ Photosphere وهو ما يعني حرفياً ”كرة الضوء“. وهذه الكرة ليست متجانسة في سطوعها: لأنها تبدو أكثر خفوتاً قرب حافة قرص الشمس، وهي ظاهرة تسمى ”إعتام الحواف“ Limb darkening. وعبر تلسكوب 150 ملم، أو أكبر، مع رؤية جيدة، سيبدو الغلاف الضوئي ببنية حبيبية؛ وهذا لأنك تنظر إلى عدد لا يحصى من خلايا الحمل الحراري Convective cells. يُعرف هذا المظهر الذي يشبه ورق أكياس الأرز باسم ”الحبيبات الشمسية“ Solar granulation.

إذا كانت الشمس نشطة، فقد ترى بقعاً داكنة على غلافها الضوئي، هي البقع الشمسية. يمكن أن تظهر هذه بشكل مسام مفردة صغيرة، أو مناطق معتمة أكبر (ظلال سوداء Umbrae) محاطة بمادة أكثر إضاءة (شبه ظل Penumbrae). تُعرف المناطق المعقدة التي تحتوي على كثير من البقع العنقودية باسم مجموعات البقع الشمسية، أو المناطق النشطة. ويحتوي بعضها على كثير من البقع المفردة، ويحتوي بعض آخر على مناطق كبيرة من الظلال التي تحتوي على كثير من البقع الظلية. يمكن أيضاً رؤية بقع أسطع حول المناطق النشطة؛ وهذه تسمى صياخد الشمس Faculae ويصعب رؤيتها بالقرب من مركز الفوتوسفير، ولكنها تبرز جيداً بالقرب من الحافة في المنطقة معتمة الأطراف.

ربما ترى أيضاً “جسور ضوء” Light bridges داخل مناطق معقدة كبيرة سطوع بين مناطق شبه الظل التي تمثل منطقة يعيد فيها الحمل الحراري تجديد نشاطه. معلم مثل هذا هو نموذجي لمجموعة بقع شمسية على وشك التباعد.

عند محاولة رؤية هذه المعالم ستؤثر حالة عدم استقرار الغلاف الجوي، أو الرؤية، في المشهد. وبعكس الرؤية الليلية، فإن وصول الطاقة من الشمس هو الذي يخلق قدراً كبيراً من عدم الاستقرار. تميل مواقع الرصد المختلفة إلى أن تكون لها أوقات مختلفة، عندما تكون ظروف الرؤية أكثر استقراراً. عادةً ما يحدث هذا في وقت متأخر من الصباح، أو في وقت متأخر بعد الظهر، ويميل الوقت الأخير إلى أن يكون أقل استقراراً. يوجد مقياس رؤية شمسي Solar seeing scale خاص لمعرفة أوقات؟ توفر هذه الشروط (انظر أسفل إلى اليمين).

عد البقع
لستَ في حاجة إلى أن تكون خبيراً لبدء جمع البيانات الشمسية. أسهل طريقة هي حساب عدد البقع الشمسية المرئية. تتضمن الطريقة الأدق من ذلك حساب عدد البقع المفردة التي يمكنك رؤيتها (S)، وعدد المجموعات الموجودة (G). تُعرَّف المجموعة عادةً عندما تقع بقعها ضمن مسافة 10° من خط الطول الشمسي Heliographic longitude، وتظهر عند خط العرض الشمسي Heliographic latitude نفسه تقريباً. ربما يبدو هذا مهارة متقدمة في البدء، لكنه سرعان ما يصير عادة مكتسبة. يمكن حساب قيم خطوط الطول والعرض باستخدام برنامج متخصص (انظر فقرة الموقع، الموقع، الموقع، على الصفحة 34) أو يمكن حسابه تقليدياً باستخدام أوراق شبكية مطبوعة مسبقاً تسمى أقراص ستونيهيرست Stonyhurst discs.

حالما تحسب قيم S وG اليومية، يمكنك اشتقاق العدد النسبي (R) للبقع الشمسية. يمكن حساب ذلك من الصيغة البسيطة: R = 10G + S. لا تنسَ تدوين التاريخ والوقت والمعدات المستخدمة وتقدير الرؤية الشمسية (الجدول في الأسفل)، واسمك وموقعك للتحقق من صحة الرصد. يمكنك إرسال نتائجك إلى موقع britastro.org/solar. إذا كنتَ جديداً في مجال الرصد الشمسي، فمن المستحسن أن تعتاد آلية “عمل” الشمس من خلال إجراء إحصاء يومي (أو شبه يومي قدر الإمكان) لتحديد العدد النسبي للبقع الشمسية كما هو موضح.

عندما تشعر بالثقة بعملك، فكِّرْ في الانتقال إلى مستوى أعلى من الأرصاد، وذلك من خلال محاولة تصنيف كل منطقة نشطة. طريقة فعل ذلك هي اتباع مخطط تصنيف زيوريخ المُعدَّل Zürich classification. لقد أظهرنا الأصناف الرئيسة في الجدول 1 على الصفحة 35، في فئات من A إلى H.

يأتي التحسين الإضافي من استخدام مخطط تصنيف مكِنتوش McIntosh، الذي يعتمد على تصنيف زيوريخ. يستخدم تصنيف مكنتوش ثلاث قيم، هي: Z، p وx؛ حيث Z هي تصنيف زيوريخ المعدل، والموضح في الصفحة 39. العنصر الثاني هو p، ويُستخدم لتصنيف أكبر بقعة في المجموعة. ويصف المكوّن الأخير، x، درجة التبقّع Spottiness، أو درجة تراص البقع ضمن المجموعة. انظر الصفحة 33 للحصول على أمثلة على قيمتي p وx. تقدم الأحرف الثلاثة مجتمعة مخطَّطَ تصنيف دقيق لمجموعات البقع الشمسية.

في المرات القليلة الأولى التي تحاول فيها فعل هذا، انتبه لأنه من الشائع فهم ما يظهر في رسم تخطيطي ولكن الشعور بالارتباك إلى حد ما عندما ترى مشهداً حقيقياً. لا تقلق بشأن هذا؛ امنح نفسك وقتاً للممارسة. وحالما تعتاد ذلك، فينبغي ألا يستغرق إجراء تصنيف مكِنتوش وقتاً أطول بكثير من إجراء إحصاء بسيط للبقع.

يمكن تدقيق التصنيفات الخاصة بك إلى قيمة واحدة تُعرف برقم جودة البقعة اليومية: Q. وكما كان شأن رقم البقع الشمسية النسبي، من السهل أيضاً حساب هذا الرقم. ما عليك سوى التفكير في قيمة التصنيف الأولى: تصنيف زيوريخ المعدل. يمكنك تعيين القيم A = 1, B = 2, C = 3, D = 4, E = 5, F = 6, H = 3. ثم احسب القيمة الإجمالية لجميع المجموعات التي سجلتها في يوم واحد، وستكون هذه قيمة Q لذلك اليوم. على سبيل المثال، إذا سجلت أربع مجموعات مصنفة على أنها C وD وE وH، فستكون قيمة Q لديك 3 + 4 + 5 + 3 = 15.

حتى الآن وصفنا كيفية مراقبة وتسجيل القيم اليومية للبقع الشمسية، فرادى ومجموعات. ومع ذلك، يمكن أيضاً مراقبة ظواهر الضوء الأبيض الأخرى. أكثر المعالم شيوعاً سوى البقع هي الصياخد الشمسية Faculae، والتي تظهر بصورة أجزاء ساطعة، مرقطة غالباً، على الفوتوسفير. باتجاه مركز قرص الشمس، يزداد سطوع الفوتوسفير بنحو طبيعي ليجعل الصياخد غير مرئية تقريباً. ومع ذلك، بالقرب من حافة الشمس، يقلل سواد الأطراف من سطوع الفوتوسفير بما يكفي لبروز الصياخد بوضوح.

تمثل الصياخد المناطق التي تسمح لنا فيها القوى المغناطيسية بالتحديق أعمق في الشمس، وتبدو هذه المناطق الأعمق والأسخن أكثر سطوعاً. ومن المثير للاهتمام أنه عند الحد الأقصى للنشاط الشمسي، فإن تألق الشمس Sun’s irradiance مقدار الطاقة لكل وحدة مساحة تتلقاها من الشمس لا ينخفض من خلال الأعداد الكبيرة للبقع المعتمة والباردة، ولكنه في الواقع يزداد بنسبة 0.1% تقريباً بسبب وجود الصياخد.

الصياخد والتوهجات الشمسية
لا تتطلب الأرصاد البسيطة للصياخد أكثر من إجراء تعداد للمناطق المتباعدة. وهناك حالة معينة ذات أهمية خاصة هي الصياخد القطبية، والتي تحدث بين خطي العرض 60° 90° على قرص الشمس. هذه أصغر حجماً، وأعتم، من صياخد المنطقة الرئيسة العادية، وعادةً ما تكون أسطع بنسبة 3 10% من الفوتوسفير، مقارنة بنسبة 9 16% لصياخد المنطقة الرئيسة. كما إنها قصيرة العمر أيضاً، وتستمر فترات زمنية تتراوح من دقائق إلى عدة ساعات، مع أنه يمكن في حالات نادرة أن يدوم وجود الصياخد القطبية عدة أيام. تُظهر الصياخد القطبية عادة ذروة نشاطها قرب وقت الحد الأدنى للنشاط الشمسي.

حدثٌ آخر نادر جداً هو توهج الضوء الأبيض، وهي ظاهرة تمثل انبعاثاً هائلاً للطاقة. تكثر رؤيتها من خلال مُرشِّحات الهيدروجين آلفا، ويجب أن تكون التوهجات شديدة النشاط لتظهر بالضوء الأبيض، وإذا كان هناك شك في أحدها، فمن المهم تسجيل أكبر قدر ممكن من التفاصيل عنها في أثناء رؤيتها. سيظهر توهج ضوء أبيض نموذجي كمنطقة شديدة السطوع داخل مجموعة بقع شمسية.

باستخدام التلسكوب ومُرشِّح ضوء أبيض، من السهل تسجيل بيانات مفيدة عن النشاط الشمسي الحالي والمستقبلي. وعلى المدى الطويل، توفر هذه المعلومات نظرة ثاقبة عن دورات نشاط الشمس، وتسجيل زيادة ونقصان عدد البقع الشمسية ومجموعات البقع الشمسية والصياخد الشمسية بمرور الوقت. ومع اقتراب الشمس من الحد الأقصى التالي لنشاطها، والذي يتوقع الآن حدوثه في يوليو 2025 (مع هامش 8 أشهر قبل أو بعد)، يكون الآن هو الوقت المثالي لبدء وضع السجلات الشمسية الخاصة بك. 

الموقع، الموقع، الموقع

كيف تُحدد مكان معلم على قرص الشمس

يمكن تحديد مكان معلم على قرص الشمس باستخدام نظام إحداثيات مشابه لنظام خطوط الطول والعرض الأرضية، ويُعرف باسم نظام خطوط الطول والعرض الشمسية. يمكن لبرامج مثل:

بافتراض أن لديك مجموعة معدات تصوير على حامل استوائي، فيجب أن توجه الكاميرا قبل أن تبدأ التصوير بحيث تمر معالم قرص الشمس أفقياً عبر المجال عند الدوران في المطلع المستقيم RA (انظر الخطوة 1، في الأسفل). ثم تمرّن باتجاه الشمال والجنوب، والشرق والغرب (الخطوة 2). وباستخدام وضع الرسوم في برنامج TiltingSun، أدخل تاريخ ووقت المراقبة (الخطوة 3). يوفر البرنامج قيم B0 وL0 وB0. P هو خط العرض الشمسي لنقطة مركز قرص الشمس، وهو يختلف بمقدار +/- 7.23°. يكافئ الخط L0 خط زوال غرينتش للأرض، وهو النقطة الموجودة على قرص الشمس التي تشير إلى خط الطول الشمسي °0. جرى وصف هذه النقطة لأنها ظهرت في 1 يناير 1854، عند الساعة 12:00 بالتوقيت العالمي، ويمكن احتسابها بعد ذلك بافتراض فترة الدوران حول المحور تبلغ 25.38 يوم. وP هي زاوية موضع محور دوران الشمس حول نفسها بالنسبة إلى الشمال الاستوائي.

انسخ الشبكة التي تحصل عليها وألصقها في طبقة منفصلة في أعلى الصورة الشمسية كاملة القرص في برنامجك لتحرير الرسوم. اضبط حجم الشبكة لمطابقة القرص، ثم اضبط وضع المزج على التراكب، والتعتيم على 50%. يمكنك الآن تحديد المواضع من عرض خطوط شبكة خطوط الطول والعرض الشمسية (الخطوة 4).

بيت لورانس Pete Lawrence: خبير في علوم الفلك والتصوير الفلكي، ومقدم في برنامج
سماء الليل The Sky at Night على قناة BBC Four