خورشید در آزمایشگاه!

روش سئو: پژوهشگران آلمانی طی یک پروژه جدید، یکی از اسرار مربوط به تاج خورشیدی را در آزمایشگاه مورد بررسی قرار دادند.
به گزارش روش سئو به نقل از ایسنا و به نقل از ساینس دیلی، این که چرا تاج خورشیدی به دمای چند میلیون درجه سلسیوس می رسد، یکی از اسرار بزرگ فیزیک خورشیدی است. یک دنباله داغ، به ناحیه ای از جو خورشید درست زیر تاج می رسد که در آنجا، امواج صوتی و امواج پلاسمای ویژه با سرعت مشابه حرکت می کنند. پژوهشگران آزمایشگاه “هلمهولتس زنتروم درسدن روسندورف”(HZDR) وابسته به “انجمن هلمهولتس مراکز تحقیقاتی آلمان”(Helmholtz Association) طی آزمایشی، با استفاده از فلز قلیایی مذاب روبیدیوم و میدان های مغناطیسی با پالس بالا، یک مدل آزمایشگاهی را توسعه داده اند و برای اولین بار بصورت تجربی، رفتار پیش بینی شده این امواج پلاسما معروف به “امواج آلفون” (Alfvén waves) را تأیید کردند.
مرکز خورشید با وجود دمای ۱۵ میلیون درجه سلسیوس، بصورت غیر قابل تصوری داغ است. این در شرایطی است که دما در سطح خورشید، به ۶۰۰۰ درجه سلسیوس می رسد. دکتر “فرانک استفانی”(Frank Stefani)، سرپرست این پژوهش اظهار داشت: شگفت آورتر این است که دمای چندین میلیون درجه بطور ناگهانی در تاج خورشید بالا می رود.
برای استفانی، پدیده گرمای تاج خورشیدی، هنوز یکی از رازهای بزرگ در فیزیک خورشیدی به حساب می آید. این مورد را می توان در قالب یک پرسش ساده مطرح کرد؛ چرا قوری، داغ تر از اجاق گاز است؟
اینکه میادین مغناطیسی، نقش مهمی را در گرم کردن تاج خورشیدی بر عهده دارند، حالا در فیزیک خورشیدی پذیرفته شده است. در هر حال، این مورد بحث برانگیز باقی می ماند که آیا این اثر عمدتاً به علت تغییر ناگهانی ساختارهای میدان مغناطیسی در پلاسمای خورشیدی است یا به علت تعدیل انواع مختلف امواج.
بررسی جدید این گروه پژوهشی، بر امواج آلفون متمرکز است که زیر تاج و در پلاسمای داغ جو خورشید که میدان های مغناطیسی به آن نفوذ می کند، وجود دارند. اثر میدان های مغناطیسی بر ذرات یونیزه شده پلاسما، مشابه یک سیم گیتار است که نواختن آن به ایجاد حرکت موج مانندی منجر می شود. همان گونه که گام یک سیم با کشش افزایش می یابد، فرکانس و سرعت انتشار موج آلفون نیز با عنایت به قدرت میدان مغناطیسی بیشتر می شود.
استفانی افزود: درست زیر تاج خورشیدی، لایه ای معروف به “سایه بان مغناطیسی”(magnetic canopy) قرار دارد که در آن، میدان های مغناطیسی تا اندازه زیادی به موازات سطح خورشید قرار دارند. صوت و امواج آلفون در اینجا حدودا سرعت مشابهی دارند. ما می خواستیم دقیقا به این نقطه جادویی برسیم؛ جایی که تبدیل انرژی مغناطیسی پلاسما به گرما، شبیه به یک شوک شروع می شود.

یک آزمایش خطرناک!
اندکی بعد از پیش بینی امواج آلفون در سال ۱۹۴۲، آنها در اولین آزمایش های فلز مایع شناسایی شدند و سپس در تأسیسات فیزیک پلاسما بطور مفصل مورد بررسی قرار گرفتند. شرایط سایبان مغناطیسی که برای گرمایش تاج خورشیدی بسیار مهم در نظر گرفته می شود، تا حالا برای آزمایش کنندگان غیرقابل دسترس باقی مانده است. از یک سو، در آزمایشات بزرگ پلاسما، سرعت آلفون بطور معمول خیلی بیشتر از سرعت صوت است. از طرفی، در همه آزمایشات فلز مایع که تا به امروز انجام شده اند، سرعت آلفون بطور قابل توجهی کمتر بوده است. دلیل این امر، قدرت میدان مغناطیسی نسبتا کم سیم پیچ های ابررسانای معمولی با میدان ثابت حدود ۲۰ تسلا است.
اما در مورد میادین مغناطیسی پالس دار مانند آن گروهی که در آزمایشگاه هلمهولتس زنتروم درسدن روسندورف تولید می شوند و به حدود ۱۰۰ تسلا می رسند، چه می توان گفت؟ قدرت این میادین مغناطیسی حدودا دو میلیون برابر قدرت میدان مغناطیسی زمین است. آیا این میادین مغناطیسی بسیار بالا به امواج آلفون امکان می دهند تا از سد صوتی عبور کنند یا خیر. بررسی خاصیت های فلزات مایع نشان داد که فلز قلیایی روبیدیوم می تواند به یک نقطه جادویی با قدرت حدود ۵۴ تسلا برسد.
دکتر “توماس هرمانسدورفر”(Thomas Herrmannsdörfer)، از پژوهشگران این پروژه اظهار داشت: سیستم تامین انرژی ما، ۵۰ مگاژول را در کسری از ثانیه تبدیل می کند و شاید به ما امکان دهد تا یک هواپیمای مسافربری را در کسری از ثانیه برای به پرواز درآمدن برنامه ریزی نماییم.

پالس بوسیله مانع صوتی مغناطیسی
با این حال، هنوز مانعی برای آزمایش موفقیت آمیز وجود داشت. روبیدیوم مذاب به علت داشتن فشار ۵۰ برابر فشار هوای جو بوجود آمده در میدان مغناطیسی پالس دار، باید در یک ظرف فولادی ضد زنگ محکم محصور می شد و یک شیمیدان باتجربه باید آنرا پر می کرد. با تزریق جریان متناوب به انتهای ظرف و همزمان قرار دادن آن در معرض میدان مغناطیسی، نهایتاً امکان تولید امواج آلفون در فلز مذاب فراهم گردید و حرکت رو به بالای آن با سرعت مورد انتظار اندازه گیری شد.
امواج آلفون ساخته شده توسط استفانی و گروهش، برای اولین بار توانستند دیوار صوتی را بشکنند. بااینکه هنوز نمی توان همه اثرات مشاهده شده را به آسانی توضیح داد اما این پژوهش، جزییات مهمی را برای حل کردن معمای گرمایش تاج خورشیدی ارائه می کند. پژوهشگران درحال برنامه ریزی تجزیه و تحلیل عددی دقیق و آزمایش های بیشتر برای آینده هستند.
این پژوهش، در مجله “Physical Review Letters” به چاپ رسید.

منبع: روش سئو