محققان با اتکا به تکنیک‌های نوین، نقاشی‌های تقریبا فراموش‌شده یوهانس کپلر در مورد لکه‌های خورشیدی را دوباره مورد بررسی قرار داده و اطلاعات پنهان درباره چرخه‌های خورشیدی را نمایان کرده‌اند.
به نقل از آنا، تیمی از پژوهشگران بین‌المللی به ریاست دانشگاه ناگویا در ژاپن شرایط پیرامون مشاهدات این ستاره‌شناس بزرگ را به‌گونه‌ای نوین بازسازی کردند. آنها با مطالعه موقعیت گروه لکه‌های خورشیدی کپلر، آن را در انتهای چرخه خورشیدی قرار دادند که قبل از وقوع چرخه‌ای بود که توماس هاریوت، گالیله و دیگر رصدگران با استفاده از تلسکوپ‌های ابتدایی شاهد آن بودند.
این نتایج که در نشریه Astrophysical Journal Letters منتشر شده، راه‌حلی برای مناقشه مدت زمان چرخه‌های خورشیدی در اوایل قرن هفدهم فراهم می‌آورد که نشان‌دهنده تغییر از چرخه‌های منظم خورشیدی به کمینه ماندر است.
کمینه ماندر یا مینیمم ماندر به فاصله زمانی بین سال‌های ۱۶۴۵ تا ۱۷۱۵ اشاره دارد که در آن تقریباً هیچ لکه‌ای بر سطح خورشید مشاهده نشد. این پدیده چنان برای پژوهشگران قرن نوزدهم قابل‌باور نبود که تنها فرض شد در آن زمان هیچ‌کس لکه‌های خورشیدی را ثبت نکرده است.
لکه‌های خورشیدی نواحی تیره‌تر بر سطح خورشید هستند که به سبب فعالیت مغناطیسی شدید در آن نقاط، نمایی تیره‌تر پیدا می‌کنند. این لکه‌ها تأثیر زیادی بر تابش خورشیدی و وضعیت آب و هوای فضایی دارند.
مشاهدات قابل توجه کپلر
کپلر که به خاطر دستاوردهای برجسته‌اش در زمینه نجوم و ریاضیات شناخته می‌شود، یکی از نخستین ثبت‌ها از فعالیت خورشیدی را با دوربین تاریکخانه‌ای در اوایل قرن هفدهم به ثبت رساند.
این دوربین شامل یک جعبه با یک سوراخ در یک طرف است؛ نور خورشید از طریق این سوراخ به درون جعبه نفوذ می‌کند و در سطوح داخلی آن بازتاب می‌یابد، به گونه‌ای که تصویر وارونه، اما رنگ و عمق آن حفظ می‌شود. دوربین تاریکخانه‌ای به کپلر این امکان را داد تا ویژگی‌های قابل مشاهده بر روی خورشید را ردیابی کرده و آنها را ترسیم کند. او در ماه مه ۱۶۰۷ گروهی از لکه‌های خورشیدی را ثبت کرد که در ابتدا با عبور سیاره عطارد اشتباه گرفته شد.
هیساشی هایاکاوا، نویسنده اصلی این مقاله، بر این باور است که پژوهشگران از اهمیت این یافته غفلت کرده‌اند
او اظهار داشت: «از آنجا که این ثبت یک مشاهده تلسکوپی نبوده، تنها در تاریخ علم به رسمیت شناخته شده و برای تحلیل‌های کمی چرخه‌های خورشیدی در قرن هفدهم به کار نرفته است.»
وی ادامه داد: ما دریافتیم که این ترسیم از لکه‌های خورشیدی می‌تواند مکان لکه‌ها را مشخص کرده و دوره چرخه خورشیدی را در سال ۱۶۰۷ شفاف‌سازی کند.
چهار کشف کلیدی
ثبت لکه‌های خورشیدی توسط کپلر به‌عنوان یک مرجع رصدی کلیدی محسوب می‌شود. با تحلیل این ثبت و مقایسه آنها با داده‌های معاصر و آمارهای جدید، محققان به چندین کشف اساسی دست یافته‌اند:
نخست، طرح شماتیک مشهوری که کپلر از خورشید در کتاب خود ترسیم کرده، با متن اصلی کپلر و دو تصویر دوربین تاریکخانه‌ای که لکه‌های خورشیدی را در قسمت بالای سمت چپ چهره خورشید نشان می‌دهند، هماهنگی ندارد.
دوم، با اتکا به قانون اسپورر و اطلاعات حاصل از آمار لکه‌های خورشیدی در عصر جدید، احتمالاً لکه‌های خورشیدی را در انتهای چرخه سیزدهم به جای آغاز چرخه چهاردهم شناسایی کردند.
به‌طوری‌که با پیشرفت چرخه خورشیدی به سمت حداکثر خود، لکه‌های خورشیدی به خط استوای خورشیدی نزدیک‌تر می‌شوند؛ پدیده‌ای که به قانون اسپورر شهرت دارد.
سوم، یافته‌های آنها در تضاد با مشاهدات تلسکوپی بعدی قرار می‌گیرد که نشان‌دهنده لکه‌های خورشیدی در عرض‌های جغرافیایی بالاتر است. توماس تیگ، یکی از اعضای گروه، به نظر اخترشناس آلمانی گوستاو اسپورر اشاره کرده و گفت: این پدیده انتقالی عادی از چرخه خورشیدی پیشین به چرخه بعدی را طبق قانون اسپورر نشان می‌دهد؛ یعنی لکه‌های خورشیدی طی چرخه خورشیدی از عرض‌های جغرافیایی بالاتر به پایین‌تر مهاجرت می‌کنند.
چهارم، این یافته به نویسندگان این امکان را می‌دهد که انتقال بین چرخه خورشیدی پیشین و چرخه بعدی را در بازه زمانی ۱۶۰۷ تا ۱۶۱۰ ارزیابی کرده و تاریخ‌های احتمالی وقوع آن را محدود کنند. به این ترتیب، مشاهدات کپلر زمان نسبتا ثابتی برای چرخه ۱۳ خورشیدی ارائه می‌دهد.
میراث کپلر
با قرار دادن یافته‌های کپلر در چارچوب‌های گسترده‌تر از فعالیت‌های خورشیدی، دانشمندان بنیانی اساسی برای تفسیر تغییرات رفتار خورشید در این دوره تاریخی مهم به دست می‌آورند که نشان‌دهنده گذار از چرخه‌های منظم خورشیدی به شرایط حداقل خورشیدی است. در این دوره حداقل، فعالیت خورشیدی به کمترین سطح خود می‌رسد و تعداد لکه‌های خورشیدی به‌شدت کاهش می‌یابد. همچنین، زبانه‌ها و فوران‌های تاجی نیز بسیار کمتر رخ می‌دهد.
هایاکاوا می‌گوید: «کپلر در نجوم و فیزیک قرن هفدهم معیارهای تاریخی متعددی را به نمایش گذاشت و تأثیراتش تا عصر فضایی نیز احساس شده است.»
ترسیم نقشه لکه‌های خورشیدی توسط کپلر، گواهی بر تیزهوشی و اراده او در مواجهه با محدودیت‌های ابزاری به شمار می‌رود.
درباره چرخه خورشیدی
چرخه خورشیدی، یک دوره تقریبا ۱۱ ساله از فعالیت‌های خورشیدی را توصیف می‌کند که تحت تأثیر میدان مغناطیسی خورشید قرار دارد و با تغییرات در فراوانی و شدت لکه‌های خورشیدی قابل مشاهده بر روی سطح آن مشخص می‌شود. نوسانات در تعداد لکه‌ها نشان‌دهنده رسیدن به حداکثر و سپس کاهش آنها به حداقل است که به ترتیب بیانگر مقادیر حداکثری و حداقلی لکه‌های خورشیدی است. چرخه‌ها از یک حداقل آغاز می‌شود و در حال حاضر ما تجربه چرخه ۲۵ خورشیدی را داریم.