امید به بهره‌برداری از انرژی خورشیدی
هفته پیش گروهی از منجمان آماتور به پایش خورشید در پایگاه رصدی قله سیاه‌سنگ (سیوسنگ) در ارتفاع سه‌هزار متری و فاصله 23 کیلومتری شمال شهر بلده نور، البرز مرکزی در استان مازندران، پرداختند.
هفته پیش گروهی از منجمان آماتور به پایش خورشید در پایگاه رصدی قله سیاه‌سنگ (سیوسنگ) در ارتفاع سه‌هزار متری و فاصله 23 کیلومتری شمال شهر بلده نور، البرز مرکزی در استان مازندران، پرداختند. نگارنده به همراه خانواده در این برنامه مشارکت داشت و با پردازش در محل تصاویر دریافتی و اعمال فیلترهای مختلف، امکان مشاهده مستقیم و همچنین تهیه تصویر از سطح خورشید و توفان‌های خورشیدی را یافت. تجربه‌ای فوق‌العاده هیجان‌انگیز بود که امید است با سرمایه‌گذاری برای ساخت یک رصدخانه دائمی در این محل که بعد از هشت سال مطالعه مکان‌یابی شده، پایگاهی دائمی برای مطالعات خورشید در ایران از طریق پایش مستقیم فراهم شود.
توفان خورشیدی با همان میدان مغناطیسی که چرخش‌های شعله‌ور را در زیر سطح خورشید ایجاد می‌کند، مقادیر عظیمی از پلاسمای خورشیدی را از خورشید بیرون می‌کشد و مانند یک توپ، آن را با سرعت بالا به فضا پرتاب می‌کند. به این حالت تخلیه جرم تاجی می‌گویند. برخلاف تابش شعله‌ور که با سرعت نور در حدود هشت دقیقه به زمین می‌رسد، پرتاب جرم تاج از ذرات باردار تشکیل شده است که کندتر حرکت می‌کنند. ممکن است از چند ساعت تا چند روز طول بکشد تا آنها به مدار زمین برسند. تقریبا هر 11 سال، خورشید دوره‌هایی از فعالیت مغناطیسی بالا را تجربه می‌کند که به آن بیشینه خورشیدی می‌گویند. در طول این بیشینه‌ها، فراوانی این رویدادها به‌ویژه زیاد است. در سال حاضر، ما در‌حال ورود به بیشینه چرخه فعلی هستیم که انتظار می‌رود در سال 2024 به اوج خود برسد. وسعت پرتاب جرم تاج معمولا با شفق‌های قطبی درخور‌توجه همراه است. با‌این‌حال بیشترین اثرها با مگنتوسفر زمین مربوط است که نوعی حباب محافظ است که زمین را در بر می‌گیرد. قدرت میدان مغناطیسی زمین قادر است ذرات باردار آزادشده در خورشید (باد خورشیدی) را منحرف کند. مگنتوسفر به زمین اجازه می‌دهد تا جو خود را حفظ کند. در تماس با یک جهش، مگنتوسفر فشرده می‌شود. تغییرات سریع میدان مغناطیسی زمین هرجا که بارهای الکتریکی آزاد وجود داشته باشد (مانند یونوسفر، یکی از لایه‌های جو ما) جریان‌های الکتریکی ایجاد می‌کند. سپس میدان‌های مغناطیسی پیچیده‌تری ایجاد می‌کند که به میدان مغناطیسی خود زمین اضافه می‌شود. این آشفتگی میدان مغناطیسی را توفان ژئومغناطیسی می‌نامند که به نوبه خود می‌تواند ارتباطات رادیویی و ماهواره‌ای را مختل کند. در شدیدترین موارد، می‌تواند باعث قطع برق شود. خورشید یک ستاره متغیر مغناطیسی است. شراره‌های خورشیدی، پرتاب جرم تاجی، باد خورشیدی با سرعت بالا و ذرات پرانرژی خورشیدی همه اشکال فعالیت خورشیدی هستند. تمام فعالیت‌های خورشیدی توسط میدان مغناطیسی خورشیدی هدایت می‌شود.
انرژی‌های تجدیدپذیر در‌حال‌حاضر بیش از 22 درصد از کل تولید برق جهانی را تشکیل می‌دهند. در سال 2018 بیش از 400 گیگاوات (32.4 درصد) انرژی خورشیدی تولید شد. در طول پنج سال (2013-2017)، از انتشار معادل 15 گیگاتن دی‌اکسید کربن از طریق تولید انرژی‌های تجدیدپذیر اجتناب شد. با توجه به موقعیت جغرافیایی ایران یکی از مهم‌ترین منابع بالقوه انرژی تجدیدپذیر خورشید است. کشور با میانگین پتانسیل انرژی خورشیدی بالا و مساحت وسیع، موقعیت خوبی برای بهره‌مندی از رشد مداوم در تولید انرژی خورشیدی دارد. برای تأمین درصد مهمی از انرژی در سطح ملی از محل انرژی‌های تجدیدپذیر مطالعه برای توسعه بهره‌برداری از خورشید الزامی است. ذرات معلق در هوا، عمدتا ذرات معلق گردوغبار، رایج‌ترین منبع تضعیف تابش خورشیدی هستند که باعث مشکلات عملکردی در نیروگاه‌های فتوولتائیک و نیروگاه خورشیدی متمرکز می‌شوند. آئروسل تا 80 درصد و گردوغبار تا 50 درصد قادر است انرژی خورشیدی را تلف کنند.
در‌عین‌حال نظارت مستمر از تأثیر ذرات معلق بر انرژی خورشیدی یک فعالیت مهم در بسیاری از مراکز تحقیقاتی و عملیاتی هواشناسی است. آئروسل‌ها، پتانسیل تولید انرژی پنل‌های خورشیدی را با جذب و پراکندگی نور و قدرت پرتو مستقیم را -که تولید انرژی از آن بیشترین کارایی را دارد- کاهش می‌دهند. برق عرضه‌شده به شبکه باید تقاضا را به گونه‌ای متعادل کند که نوسانات غیرمنتظره در برق تولیدشده در تأسیسات خورشیدی کنترل شود.
خورشید یک ستاره متغیر مغناطیسی در مرکز منظومه شمسی است که محیط فضایی سیارات، ازجمله زمین را هدایت می‌کند. فاصله خورشید از زمین تقریبا 150 میلیون کیلومتر است. در این فاصله نور از خورشید به زمین در حدود 8 دقیقه و 19 ثانیه می‌رسد. قطر خورشید تقریبا 109 برابر قطر زمین است. جرم آن، حدود 330 هزار برابر جرم زمین، حدود 99.86 درصد از کل جرم منظومه شمسی را تشکیل می‌دهد. حدود سه‌چهارم جرم خورشید از هیدروژن تشکیل شده است و بقیه بیشتر از هلیوم و کمتر از دو درصد از عناصر سنگین‌تر ازجمله اکسیژن، کربن، نئون، آهن و... تشکیل شده است. خورشید نه جامد است و نه گاز، بلکه در واقع پلاسما است. این پلاسما در نزدیکی سطح، ضعیف و گازی است؛ اما به سمت هسته هم‌جوشی خورشید متراکم‌تر می‌شود. خورشید را می‌توان به شش لایه تقسیم کرد. از مرکز به بیرون، لایه‌های خورشید به شرح زیر است: فضای داخلی خورشیدی متشکل از هسته (که داخلی‌ترین یک‌چهارم شعاع خورشید را اشغال می‌کند)، منطقه تابشی و منطقه همرفتی، سپس سطح قابل مشاهده به‌عنوان فوتوسفر، کروموسفر و درنهایت خارجی‌ترین لایه، تاج شناخته می‌شود. انرژی تولیدشده از طریق هم‌جوشی در هسته خورشید به خورشید نیرو می‌دهد و تمام گرما و نوری را که ما اینجا روی زمین دریافت می‌کنیم، تولید می‌کند.
