تنخفض درجة حرارة المادة في الشمس على نحوٍ متواصل من المركز إلى أعلى الغلاف الضوئي — السطح المرئي — حيث تصل إلى نحو 4500كلفن. ثم، بشكلٍ مذهل، تبدأ في الارتفاع، في البداية ببطء ثم بسرعةٍ فائقة — ففي «المنطقة الانتقالية»، التي لا يتجاوز سُمكها 100كم، تقفز الحرارة من نحو 10آلاف كلفن إلى أكثر من مليون كلفن (الشكل1) وبما أن الحرارة تنتقل دائمًا من المادة الأكثر سخونة إلى المادة الأكثر برودة، فلا بد أن الإكليل هو ما يُسخِّن الشمس، وليس العكس. إذن، ما الذي يُسخِّن الإكليل؟ هل هو الفضاء الخارجي؟
شكل1: الطبقات الخارجية للشمس. يأتي ضوء الشمس من الغلاف الضوئي. وتصل درجة حرارة البلازما الشمسية إلى الحد الأدنى في الجزء السفلي من الغلاف اللوني. في المنطقة الانتقالية، تقفز الحرارة من 10آلاف كلفن تقريبًا إلى أكثر من مليون درجة. يمتد الإكليل الشمسي الشديد السخونة بعيدًا جدًّا، ويمكن رصده بسهولة خلال الكسوف الشمسي الكلي يحمل الحِمل الحراري كثيرًا من الحرارة المتولدة في لُب الشمس في المرحلة الأخيرة من رحلتها إلى السطح. ترتفع فقاعاتٌ من الغاز الساخن من مسافة 210ألف كم تحت الغلاف الضوئي، وتستقر فيه وتبرد هناك بإشعاعها إلى الفضاء. وأخيرًا، تعود ليُعاد تسخينُها تحت السطح. على الرغم من أن الحِمل الحراري عمليةٌ رأسية في الأساس، لا يتحرك الغاز في الغِلاف الضوئي أفقيًّا قبل سقوطه. لذا يُحدِث الحِمل الحراري دورانًا غير مستقر للغاز.
الغاز عالي التأيُّن في الشمس مُوصلٌ كهربائي شبه مثالي؛ لأن الإلكترونات الحرة العديدة تتحرك بسهولة استجابةً لأي مجالٍ كهربائي ضئيل. تتماسك خطوط المجال المغناطيسي داخل السائل المُوصل وتتحرك معه، مما يؤدي إلى مغنطة غاز الشمس. لذلك، فإن الاضطرابات العشوائية التي تُحدثها تيارات الحِمل الحراري على سطح الشمس تعمل باستمرار على تمديد وتشابك خطوط المجال المغناطيسي المُدمَجة في الغاز.
تعمل خطوط المجال المغناطيسي بطريقةٍ مشابهة للأشرطة المطاطية؛ حيث يكون هناك توتُّر على طول خط المجال، وإذا تمدَّد خط المجال بسبب التدفق، يزداد المجال قوة ويزداد التوتر الناتج عنه. في هذه الحالة، يبذل السائل شغلًا على المجال؛ أما إذا انكمش خط المجال، فيبذل المجال شغلًا على السائل.
تتنافر خطوط المجال المغناطيسي المتجاورة التي تسير في الاتجاه نفسه (الشكل 2) . إذا كان المجال المغناطيسي موازيًا للسطح، فإن الضغط الناتج يدفع خطوط المجال القريبة من السطح نحو الأعلى، مبتعدةً عن الخطوط الموجودة في العمق.
شكل 2: يكون كل خط من خطوط المجال المغناطيسي تحت توتُّر، ويتنافر مع خطوط المجال المغناطيسي التي تسير في الاتجاه نفسه.
شكل 3: تُستنفَد البلازما من قممِ ثلاثٍ من خطوط المجال المغناطيسي المنحنية لأعلى.
شكل4: عندما تتقارب خطوط المجال المغناطيسي التي تتحرك في اتجاهاتٍ متعاكسة، فإن قطاعاتها ذات الاتجاهات المعاكسة يُلغي كلٌّ منها الآخر، مما يؤدي إلى إطلاق الطاقة المغناطيسية واستقرار المجال في نمطٍ جديد يُسمى «إعادة الاتصال».
لا يستطيع الغاز التحرك عَبْر خطوط المجال، ولكنه يستطيع التدفق على طولها، وبمجرد أن يبدأ خط المجال بالانحناء إلى الأعلى، يتدفق الغاز نحو الأسفل مبتعدًا عن قمة الانحناء. يقلل هذا التدفق من الوزن المُلقَى على خطوط المجال المنحنية، ومن ثَم ترتفع أكثر، مما يشجع مزيدًا من الغاز على الانسياب بعيدًا عن القمة، وسرعان ما تبرز حلقةٌ كبيرة من المجال المغناطيسي من سطح الشمس (الشكل 3 )في الوقت نفسه، يتدفق الغاز الكثيف الذي تُغمَر فيه نهايتا الحلقة على سطح الشمس استجابةً لكلٍّ من الحِمل الحراري والدوران المنتظم للشمس، وغالبًا ما تتشابك خطوط المجال التي تُشكِّل الحلقة عندما تتقارب أثناء تحركها في اتجاهاتٍ مختلفة تمامًا. في هذه المرحلة، «يُعاد الاتصال» بالمجال في مكانٍ ما في الإكليل، كما هو مبيَّن في الشكل 4
عندما تتصل خطوط المجال، تُستخدَم الطاقة المخزَّنة في المجال المغناطيسي لتسريع الجُسيمات. يصطدم معظم هذه الجُسيمات النشطة بالإلكترونات والأيونات المجاورة، وتفقد طاقتها الزائدة عن طريق تسخين الغاز المجاور. وهكذا، يصبح الغاز في محيط حدث إعادة الاتصال الشديد الحرارة. ومن ثَم، يُحافظ الإكليل على هذه الحرارة العالية بفضل التدفق المستمر للطاقة المغناطيسية من الطبقة المُضطرِبة الموجودة تحت الغلاف الضوئي وعبْر الغلاف اللوني، وهي طبقة من الغاز المنخفض الكثافة يبلغ سُمكها 2000كيلومتر وتحيط بالغلاف الضوئي (الشكل 1)
كثيرٌ من الغاز في الإكليل ساخنٌ جدًّا لدرجة لا يمكنه معها البقاء ضمن حدود الجاذبية الشمسية؛ لذلك يتدفق بعيدًا عن الشمس في صورة «رياح شمسية». على بعد نحو 60 ألف كيلومتر من الأرض، تنحرف الرياح بفعل المجال المغناطيسي للأرض. تُسرع الإلكترونات التي اكتسبَت طاقةً هائلة خلال عملية إعادة الاتصال فوق الغلاف الضوئي، وتهربُ إلى الرياح دون فقدانٍ كبير للطاقة، وبعض هذه الجُسيمات تُحتجَز داخل المجال المغناطيسي للأرض. تُشكِّل هذه الجُسيمات أحزمة «فان ألن» الإشعاعية. وتتحرك بسرعةٍ قريبة من سرعة الضوء بين القطبَين المغناطيسيَّين، مما يؤدي إلى إثارة جُزيئات الهواء لتتوهَّج عندما تقترب من سطح الأرض بالقرب من القطب الشمالي، وهذا هو منشأ الشفق القطبي الشمالي.
