خورشید در آزمایشگاه! - تاریخ امپراطوری های ایران

به گزارش تاریخ امپراطوری های ایران، پژوهشگران آلمانی طی یک پروژه تازه، یکی از اسرار مربوط به تاج خورشیدی را در آزمایشگاه مورد آنالیز قرار دادند.

به گزارش تاریخ امپراطوری های ایران 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 نمایند. 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 نخستین بار به صورت تجربی، رفتار پیش بینی شده این امواج پلاسما موسوم به امواج آلفون (Alfvén waves) را تأیید کردند.

مرکز خورشید با وجود دمای 15 میلیون درجه سلسیوس، به صورت غیر قابل تصوری داغ است. این در حالی است که دما در سطح خورشید، به 6000 درجه سلسیوس می رسد. دکتر فرانک استفانی(Frank Stefani)، سرپرست این پژوهش گفت: شگفت آورتر این است که دمای چندین میلیون درجه به طور ناگهانی در تاج خورشید بالا می رود.

برای استفانی، پدیده گرمای تاج خورشیدی، هنوز یکی از رازهای بزرگ در فیزیک خورشیدی به شمار می رود. این موضوع را می توان در قالب یک پرسش ساده مطرح نمود؛ چرا قوری، داغ تر از اجاق گاز است؟

این که میادین مغناطیسی، نقش مهمی را در گرم کردن تاج خورشیدی بر عهده دارند، اکنون در فیزیک خورشیدی پذیرفته شده است. در هر حال، این موضوع بحث برانگیز باقی می ماند که آیا این اثر عمدتا به علت تغییر ناگهانی ساختارهای میدان مغناطیسی در پلاسمای خورشیدی است یا به علت تعدیل انواع گوناگون امواج.

آنالیز تازه 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 نماید، 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 گردد. همان گونه که گام یک سیم با کشش افزایش می یابد، فرکانس و سرعت انتشار موج آلفون نیز با توجه به قدرت میدان مغناطیسی بیشتر می گردد.

استفانی ادامه داد: درست زیر تاج خورشیدی، لایه ای موسوم به سایه بان مغناطیسی(magnetic canopy) قرار گرفته است که در آن، میدان های مغناطیسی تا میزان زیادی به موازات سطح خورشید قرار دارند. صوت و امواج آلفون در اینجا تقریبا 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 گردد.

یک آزمایش خطرناک!

اندکی پس از پیش بینی امواج آلفون در سال 1942، آنها در نخستین آزمایش های فلز مایع شناسایی شدند و سپس در تأسیسات فیزیک پلاسما به طور مفصل مورد آنالیز قرار گرفتند. شرایط سایبان مغناطیسی که برای گرمایش تاج خورشیدی بسیار مهم در نظر گرفته می گردد، تا به امروز برای آزمایش نمایندگان غیرقابل دسترس به جای مانده است. از یک سو، در آزمایشات بزرگ پلاسما، سرعت آلفون معمولا بسیار بیشتر از سرعت صوت است. از سوی دیگر، در همه آزمایشات فلز مایع که تا به امروز اجرا شده اند، سرعت آلفون به طور قابل توجهی کمتر بوده است. علت این امر، قدرت میدان مغناطیسی نسبتا کم سیم پیچ های ابررسانای معمولی با میدان ثابت حدود 20 تسلا است.

اما در خصوص میادین مغناطیسی پالس دار مانند آن گروهی که در آزمایشگاه هلمهولتس زنتروم درسدن روسندورف فراوری می شوند و به حدود 100 تسلا می رسند، چه می توان گفت؟ قدرت این میادین مغناطیسی تقریبا 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 نمایند یا خیر. آنالیز ویژگی های فلزات مایع نشان داد که فلز قلیایی روبیدیوم می تواند به یک نقطه جادویی با قدرت حدود 54 تسلا برسد.

دکتر توماس هرمانسدورفر(Thomas Herrmannsdörfer)، از پژوهشگران این پروژه گفت: سیستم تامین انرژی ما، 50 مگاژول را در کسری از ثانیه تبدیل می نماید و شاید به ما امکان دهد تا یک هواپیمای مسافربری را در کسری از ثانیه برای به پرواز درآمدن برنامه ریزی کنیم.

پالس به وسیله مانع صوتی مغناطیسی

با وجود این، هنوز مانعی برای آزمایش موفقیت آمیز وجود داشت. روبیدیوم مذاب به علت داشتن فشار 50 برابر فشار هوای جو ایجاد شده در میدان مغناطیسی پالس دار، باید در یک ظرف فولادی ضد زنگ محکم محصور می شد و یک شیمیدان باتجربه باید آن را پر می کرد. با تزریق جریان متناوب به انتهای ظرف و همزمان قرار دادن آن در معرض میدان مغناطیسی، نهایتا امکان فراوری امواج آلفون در فلز مذاب فراهم شد و حرکت رو به بالای آن با سرعت مورد انتظار میزان گیری شد.

امواج آلفون فراوری شده به وسیله استفانی و گروهش، برای نخستین بار توانستند دیوار صوتی را بشنمایند. اگرچه هنوز نمی توان همه اثرات مشاهده شده را به سادگی شرح داد اما این پژوهش، جزئیات مهمی را برای حل کردن معمای گرمایش تاج خورشیدی ارائه می نماید. پژوهشگران در حال برنامه ریزی تجزیه و تحلیل عددی دقیق و آزمایش های بیشتر برای آینده هستند.

این پژوهش، در مجله Physical Review Letters به چاپ رسید.