Popüler bilim: fizikçiler ilk kez laboratuvarda sarmal güneş rüzgarını yeniden üretti
1. Güneşin Sırrı
Evrenimiz birçok bilinmeyen sırları gizler ve hatta güneş gibi tanıdık gök cisimlerinin bile çözülmemiş birçok gizemi vardır.
Güneşin görünen yüzeyinin üzerinde, yüklü parçacıklardan oluşan sıcak gaz uzaya uzanarak, şeritler dahil olmak üzere güneşin aşırı ısınmış dış katmanını oluşturacaktır. Corona İçeride. Tam bir güneş tutulması olduğunda, bu taçlar bir aslan yelesi gibi görünür. Bazı işlemler korona içindeki plazmayı milyonlarca dereceye kadar ısıtır ve Güneş rüzgarı Form güneşten uzaktır. Ancak bu plazmaların güneş manyetik alanından nasıl kaçtığını hala tam olarak bilemiyoruz.
Aslında, güneşle ilgili birçok çözülmemiş sorun, sonuçta güneş ışığına atfedilebilir. manyetik alan , Çünkü manyetik alan güneşin faaliyetlerinin çoğuna hakimdir. Güneşin manyetik alanı çok büyük Manyetik halka , Plazmayı yakala. Daha küçük manyetik halkalardan bazıları güneşin koronasına tamamen entegre edilebilirken, diğerleri güneş sisteminin kenarına kadar uzanabilir.
Güneş manyetik alanı, plazmayı manyetik halka içinde hapseder. | Resim kaynağı: NASAnın Goddard Uzay Uçuş Merkezi
Güneş rüzgarı, güneş sistemindeki hemen hemen her şeyi etkiler.Örneğin, yapay uyduların normal işleyişini bozabilir ve auroraya da neden olabilir. Güneş rüzgarı kararsız olmasına rağmen, özünde iki türe ayrılabilir -- Hızlı güneş rüzgarı ile Yavaş güneş rüzgarı . Güneş sisteminin çevresine uzanan manyetik halka ile güneşten kaçan plazma, hızlı bir güneş rüzgârı olur. Bazı uzay görevleri, hızlı güneş rüzgarının kaynağını çok iyi belgeledi.
Bilim adamları, plazmoidlerin daha küçük manyetik halkalardan patlayarak yavaş bir güneş rüzgarı yaratabileceğine inanıyor. Bu manyetik halkalar kırılacak ve " yeniden bağlanmak Bu süreçte, bunlar tekrar bağlandı, bu da tuzağa düşen plazmanın bir kısmının düşmesine neden oldu, ancak bu manyetik yeniden bağlantının nerede ve nasıl gerçekleştiğinin ayrıntılarını bilmiyoruz.
Bu nedenle araştırmacılar, güneşin manyetik alan yapısını yeniden üretmek için laboratuvarda bir plazma topu kullanmaya karar verdiler. Yeni bir çalışmada, Wisconsin-Madison Üniversitesi'ndeki fizikçiler, laboratuvarda güneş rüzgarını başarıyla simüle ederek güneş rüzgarının nasıl geliştiğini doğruladılar. Araştırma sonuçları "Nature Physics" dergisinde yayınlandı.
2. Laboratuvarda güneş nasıl yapılır?
Aslında güneş, sıcak plazmadan yapılmış büyük bir toptur. Güneş döndüğünde, plazma da döner ve hareketli plazma, güneşin tüm atmosferini dolduran bir manyetik alan oluşturur.
Çubuk mıknatıs (veya dipol), güneş manyetik alanının en basit modelidir.Kuzey ve güney kutuplarına sahiptir ve manyetik alan bir kutuptan diğerine uzanır. Tabii ki, güneş bir çubuk mıknatıstan çok daha karmaşıktır. Güneşin dönüşü, manyetik alanını şu şekilde değiştirecek Parker sarmal (Parker spiral) girdap modu. Güneşten gelen plazma akımı, manyetik alanın bazı kısımlarını lastik bantlar gibi çekerek bu manyetik halkaları güneş sisteminin kenarına kadar çeker.
Güneşin dönüşü manyetik alanını bozarak onu "Parker'ın spirali" adı verilen bir şekle dönüştürür. | Resim kaynağı: Werner Heil
Araştırmacıların güneş plazmasına doğrudan erişimi olmasa da, laboratuvarda bir "mini güneş" inşa ettiler. 3 metre genişliğinde içi boş bir "büyük kırmızı top" kürenin ortasında 10 cm genişliğinde ve 10 cm yüksekliğinde silindirik bir mıknatıs var.İçinde çeşitli problar var. Daha sonra, araştırmacılar küreyi helyum gazından yapılmış plazma ile doldurdular ve plazmayı karıştırmak için bir elektrik akımı ve bir manyetik alan uyguladılar. Bu adımlar, güneşin dönen plazma ve elektromanyetik alanlarına mükemmel bir şekilde yaklaşan bir simülasyon yarattı.
Plazma "büyük kırmızı top" için deneysel cihaz. | Resim kaynağı: JEFF MILLER
Bu tekniği kullanarak, araştırmacılar ilk olarak Parker spiralinin şeklini yeniden ürettiler. Bazı uydu görevleri Parker spiral modeliyle çok tutarlı sonuçlar tespit etse de, uydu bir seferde yalnızca bir noktada ölçüm yapabilir. Ancak yeni deneyde, araştırmacılar büyük kırmızı topun birçok noktasında ölçüm yapabiliyorlar, böylece aynı anda büyük ölçekli bir Parker'ın spiralini çizebiliyorlar.
Araştırmacılar ayrıca, plazmanın dengesiz bir dengede olduğu güneşin etrafındaki alanı simüle etmek için deneyler kullandılar. Bu sınır içinde, plazma manyetik alan tarafından tutulur; ancak sınırın dışında, güneşin dönüşünün ürettiği merkezkaç kuvveti manyetik alanı aştığı için plazma dışarı doğru akar. Plazma yeterince şiddetli bir şekilde dönerse, merkezkaç kuvvetinin etkisi altında dönebilir.
Parker spirali, güneşin etrafında dönen güneş rüzgarının oluşturduğu bir şekildir. Araştırmacılar bu plazma spiralini laboratuvarda simüle ettiler. Sağdaki animasyon, bir plazma küresinde görünen daha küçük bir Parker spiralini göstermektedir. | Resim kaynağı: ScienceNews
Ek olarak, yeni deneyde fizikçiler ayrıca güneş plazmasının neden "hıçkırık" olduğunu da araştırdılar. "Hıçkırık", yavaş güneş rüzgarı için hammadde sağlayabilen periyodik bir küçük plazma jetidir. Geçmişte bazı uydu görevleri bu tür jetleri tespit etti, ancak kimse onları neyin çalıştırdığını bilmiyor. Bu sefer araştırmacılar deneyde çok benzer hıçkırıklar keşfettiler ve nasıl gelişeceklerini belirlediler.
3. Gerçek güneşi incelemek neden bu kadar zor?
Yeni deneyde, araştırmacılar tüm güneş sistemini 3 metre genişliğinde bir küreye yerleştirdiler ve bu da güneşin genel durumunu daha iyi anlamalarını sağladı. Çünkü uydu görevleri için, bir sonda aynı anda yalnızca bir yerde olabilir. Araştırmacıların güneş rüzgârının yapısını daha iyi anlamasına veya manyetik alanın ve sürüklenen parçacıkların gücünü ölçmesine olanak sağlamak için güneş rüzgârının fotoğraflarını çekmek olsun, güneş ortamının yalnızca küçük bir bölümünü algılayabilir. Bu, araştırmacıların güneş ortamının herhangi bir yerinden numune toplamasını imkansız kılar.
Yeni deney, uydu gözlemlerine çok iyi bir tamamlayıcı olmasına rağmen, uydu görevlerinin yerini alabileceğini göstermiyor. Aslında, yeryüzündeki deneysel koşullar kaçınılmaz olarak güneşinkinden farklı olduğu için, bu modelin bazı yönleri, deneydeki plazma yoğunluğu ve yüklü parçacıklar gibi güneş korona ve güneş rüzgârının bileşimini aslına sadık olarak yansıtamaz. Nötr parçacıkların oranı vb.
Ancak, bu deney hala bize pek çok bilgi sağlıyor. Güneşin ürettiği birçok davranış, onu çok umut verici bir deney haline getiriyor. Güneş rüzgarının nasıl geliştiğini doğrular ve gelecekteki güneş fiziği araştırmaları için bir laboratuvar modeli sağlar ve araştırmacıların laboratuvarda güneşin bazı süreçlerinin temel fiziksel ilkelerini anlamalarına olanak tanır.
Ağustos 2018'de Parker Solar Probe uzaya fırlatıldı ve Alvin'in yüzeyinin altına ulaşması ve güneş rüzgârının benzeri görülmemiş bir şekilde doğrudan gözlemlenmesine izin vermesi bekleniyor. Önümüzdeki birkaç yıl içinde, Parker Solar Probe güneşin yörüngesinde dönecek, koronadan geçecek ve veri toplayacak.O zaman, toplanan gözlemsel veriler laboratuvar sonuçlarıyla karşılaştırılabilir. Laboratuarda gördükleriniz doğruysa, Parker Solar Probe de görecektir.
