Ο ηλιακός άνεμος προκαλεί γεγονότα τέτοιες αύρες, όπως αυτή που φωτογραφήθηκε από έναν Αμερικανό αστροναύτη μετά την αγκυροβόληση με τον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό. Μπορεί επίσης να επηρεάσει τις δορυφορικές επικοινωνίες και να παραμορφώσει το μαγνητικό πεδίο της γης.

Όταν ανοίγει ένας πυροσβεστήρας, το συμπιεσμένο διοξείδιο του άνθρακα σχηματίζει κρύσταλλους πάγου γύρω από το ακροφύσιο, παρέχοντας ένα οπτικό παράδειγμα της αρχής της φυσικής ότι τα αέρια και τα πλάσματα ψύχωνται καθώς αυτά επεκτείνονται. Όταν ο ήλιος αποβάλλει το πλάσμα με τη μορφή ηλιακού ανέμου, ο άνεμος κρυώνει επίσης καθώς επεκτείνεται στο διάστημα - αλλά όχι τόσο πολύ όσο θα μπορούσαν να προβλέψουν οι νόμοι της φυσικής.

Σε μελέτη που δημοσιεύθηκε στις 14 Απριλίου στα Πρακτικά της Εθνικής Ακαδημίας Επιστημών, οι φυσικοί του Πανεπιστημίου του Ουισκόνσιν-Μάντισον παρέχουν μια εξήγηση για την απόκλιση της θερμοκρασίας του ηλιακού ανέμου. Τα ευρήματά τους προτείνουν τρόπους για να μελετήσουν φαινόμενα ηλιακού ανέμου σε ερευνητικά εργαστήρια και να μάθουν για τις ιδιότητες του ηλιακού ανέμου σε άλλα συστήματα αστεριών.

"Οι άνθρωποι μελετούν τον ηλιακό άνεμο από την ανακάλυψή του το 1959, αλλά υπάρχουν πολλές σημαντικές ιδιότητες αυτού του πλάσματος που δεν είναι ακόμη καλά κατανοητές", λέει ο Stas Boldyrev , καθηγητής φυσικής και επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης. Αρχικά, οι ερευνητές πίστευαν ότι ο ηλιακός άνεμος πρέπει να κρυώσει πολύ γρήγορα καθώς εκτείνεται από τον ήλιο, αλλά οι δορυφορικές μετρήσεις δείχνουν ότι καθώς φτάνει στη Γη, η θερμοκρασία του είναι 10 φορές μεγαλύτερη από την αναμενόμενη. Έτσι, ένα θεμελιώδες ερώτημα είναι: Γιατί δεν Δεν κρυώνει; "

Το ηλιακό πλάσμα είναι ένα λιωμένο μείγμα αρνητικά φορτισμένων ηλεκτρονίων και θετικά φορτισμένων ιόντων. Λόγω αυτού του φορτίου, το ηλιακό πλάσμα επηρεάζεται από μαγνητικά πεδία που εκτείνονται στο διάστημα, που δημιουργούνται κάτω από την ηλιακή επιφάνεια. Καθώς το καυτό πλάσμα δραπετεύει από την εξώτατη ατμόσφαιρα του ήλιου, την κορώνα του, ρέει στο διάστημα ως ηλιακός άνεμος. Τα ηλεκτρόνια στο πλάσμα είναι πολύ ελαφρύτερα σωματίδια από τα ιόντα, έτσι κινούνται περίπου 40 φορές πιο γρήγορα.

Με πιο αρνητικά φορτισμένα ηλεκτρόνια να ρέουν μακριά, ο ήλιος παίρνει θετική φόρτιση. Αυτό καθιστά πιο δύσκολο για τα ηλεκτρόνια να ξεφύγουν από το τράβηγμα του ήλιου. Μερικά ηλεκτρόνια έχουν πολλή ενέργεια και συνεχίζουν να ταξιδεύουν για άπειρες αποστάσεις. Όσα έχουν λιγότερη ενέργεια δεν μπορούν να ξεφύγουν από το θετικό φορτίο του ήλιου και έλκονται πίσω στον ήλιο. Όπως συμβαίνει, μερικά από αυτά τα ηλεκτρόνια μπορούν να χτυπηθούν από τα ίχνη τους, τόσο ελαφρώς από συγκρούσεις με το περιβάλλον πλάσμα.

"Υπάρχει ένα θεμελιώδες δυναμικό φαινόμενο που λέει ότι σωματίδια των οποίων η ταχύτητα δεν είναι καλά ευθυγραμμισμένη με τις γραμμές του μαγνητικού πεδίου δεν είναι σε θέση να κινηθούν σε μια περιοχή ισχυρού μαγνητικού πεδίου", λέει ο Boldyrev. «Τέτοια ηλεκτρόνια που επιστρέφουν αντανακλώνται έτσι ώστε να ρέουν μακριά από τον ήλιο, αλλά και πάλι δεν μπορούν να ξεφύγουν λόγω της ελκυστικής ηλεκτρικής δύναμης του ήλιου. Έτσι, το πεπρωμένο τους είναι να αναπηδήσουν μπρος-πίσω, δημιουργώντας έναν μεγάλο πληθυσμό των λεγόμενων παγιδευμένων ηλεκτρόνιων. "

Αντιδραστήρας γραμμικής σύντηξης



Μια μηχανή καθρέφτη είναι ένας γραμμικός αντιδραστήρας σύντηξης. Επιτρέπει στους επιστήμονες να εφαρμόζουν έρευνα στις μηχανές για την κατανόηση των φαινομένων του ηλιακού ανέμου.
Σε μια προσπάθεια να εξηγήσει τις παρατηρήσεις θερμοκρασίας στον ηλιακό άνεμο, ο Boldyrev και οι συνεργάτες του, οι καθηγητές φυσικής UW-Madison, Cary Forest και Jan Egedal, έψαξαν σε ένα σχετικό, αλλά ξεχωριστό, πεδίο της φυσικής του πλάσματος για μια πιθανή εξήγηση.

Την εποχή που οι επιστήμονες ανακάλυψαν τον ηλιακό άνεμο, οι ερευνητές της σύντηξης πλάσματος σκεφτόταν τρόπους περιορισμού του πλάσματος. Ανέπτυξαν «μηχανές καθρέφτη» ή γραμμές μαγνητικού πεδίου γεμάτες πλάσμα σε σχήμα σωλήνων με τρυπημένα άκρα, όπως μπουκάλια με ανοιχτούς λαιμούς και στα δύο άκρα.

Καθώς τα φορτισμένα σωματίδια στο πλάσμα ταξιδεύουν κατά μήκος των γραμμών πεδίου, φτάνουν στο σημείο συμφόρησης και οι γραμμές του μαγνητικού πεδίου σφίγγονται. Η πρέζα λειτουργεί ως καθρέφτης, αντανακλώντας σωματίδια πίσω στο μηχάνημα.

«Αλλά μερικά σωματίδια μπορούν να διαφύγουν, και όταν το κάνουν, ρέουν κατά μήκος εκτεταμένων γραμμών μαγνητικού πεδίου έξω από τη φιάλη. Επειδή οι φυσικοί θέλουν να διατηρήσουν αυτό το πλάσμα πολύ ζεστό, θέλουν να καταλάβουν πώς μειώνεται η θερμοκρασία των ηλεκτρονίων που διαφεύγουν από τη φιάλη έξω από αυτό το άνοιγμα, "λέει ο Boldyrev "Είναι πολύ παρόμοιο με αυτό που συμβαίνει στον ηλιακό άνεμο που εκτείνεται μακριά από τον ήλιο."

Ο Boldyrev και οι συνάδελφοί του πίστευαν ότι θα μπορούσαν να εφαρμόσουν την ίδια θεωρία από τα μηχανήματα καθρέφτη στον ηλιακό άνεμο, εξετάζοντας τις διαφορές στα παγιδευμένα σωματίδια και εκείνα που διαφεύγουν. Σε μελέτες μηχανών καθρεφτών, οι φυσικοί διαπίστωσαν ότι τα πολύ θερμά ηλεκτρόνια που διαφεύγουν από τη φιάλη μπόρεσαν να διανείμουν τη θερμική τους ενέργεια αργά στα παγιδευμένα ηλεκτρόνια.

"Στον ηλιακό άνεμο, τα καυτά ηλεκτρόνια ρέουν από τον ήλιο σε πολύ μεγάλες αποστάσεις, χάνοντας την ενέργειά τους πολύ αργά και κατανέμοντάς την στον παγιδευμένο πληθυσμό", λέει ο Boldyrev. "Αποδεικνύεται ότι τα αποτελέσματά μας συμφωνούν πολύ καλά με τις μετρήσεις του προφίλ θερμοκρασίας του ηλιακού ανέμου και μπορεί να εξηγήσουν γιατί η θερμοκρασία των ηλεκτρονίων μειώνεται με την απόσταση τόσο αργά", λέει ο Boldyrev.

Η ακρίβεια με την οποία η θεωρία της μηχανής καθρέφτη προβλέπει τη θερμοκρασία του ηλιακού ανέμου ανοίγει την πόρτα για τη χρήση των μηχανών για τη μελέτη του ηλιακού ανέμου σε εργαστηριακές ρυθμίσεις.

"Ίσως θα βρούμε μερικά ενδιαφέροντα φαινόμενα σε αυτά τα πειράματα που οι επιστήμονες του διαστήματος θα προσπαθήσουν στη συνέχεια να αναζητήσουν στον ηλιακό άνεμο", λέει ο Boldyrev. "Είναι πάντα διασκεδαστικό όταν αρχίζεις να κάνεις κάτι νέο"



Post a Comment

Νεότερη Παλαιότερη