سیاره ما بهطور مداوم در معرض بادهای خورشیدی قرار دارد. اما موضوع عجیبی که در مورد آنها وجود دارد این است که هنگام رسیدن به زمین، بسیار گرمتر از آنچیزی هستند که انتظار میرود. حالا یک مطالعه جدید علت این پدیده را کشف کرده است.
ما میدانیم که ذرات تشکیلدهنده پلاسمای خورشید، با پخش شدن در فضا بهتدریج سرد میشوند؛ اما مساله اینجاست که دمای آنها خیلی کندتر از پیشبینی مدلها کاهش مییابد.
Stas Boldyrev، فیزیکدان از دانشگاه ویسکانسین میگوید: دانشمندان از زمان کشف بادهای خورشیدی در سال 1959 مشغول مطالعه آنها هستند، اما این جریان پلاسما دارای ویژگیهای زیادی است که هنوز بهخوبی شناخته نشدهاند. محققان در ابتدا فکر میکردند که بادهای خورشیدی با دور شدن از این ستاره بهسرعت سرد خواهند شد، اما اندازهگیریهای ماهوارهای نشان میدهند که دمای آنها هنگام رسیدن به زمین، ۱۰ برابر بیشتر از مقدار موردانتظار است.
Boldyrev و همکارانش برای مطالعه حرکت پلاسما، از تجهیزات آزمایشگاهی خاصی استفاده کردند و حالا فکر میکنند که علت گرمتر بودن بادهای خوشیدی، الکترونهای محبوسشدهای هستند که نمیتوانند از چنگ خورشید فرار کنند.
فرض کنونی این است که پروسه پخش بادهای خورشیدی در فضا، از قوانین آدیاباتیک تبعیت میکند. این قوانین میگویند که انرژی گرمایی نمیتواند به یک سیستم اضافه یا از آن حذف شود؛ بنابراین جایی برای خارج یا وارد شدن انرژی به داخل جریان ذرات وجود ندارد.
اما موضوعی که اغلب به آن توجه نمیشود این است که حرکت یک الکترون به سمت بیرون خورشید، به هیچوجه حرکت سادهای نیست، بلکه مسیرهای پرپیچوخمی را در بین خطوط میدان مغناطیسی گسترده اطراف ستاره طی میکند. این آشفتگی حرکتی، فرصت خوبی را برای انتقال حرارت به جلو یا عقب فراهم میکند.
الکترونها بهخاطر جرم کوچکی که دارند، نسبت به یونهای سنگینتر، فرصت بهتری برای پرتاب به سمت جلوتر اتمسفر خورشید دارند و این کار باعث میشود ابر بزرگی از ذرات مثبت، در پشت سر آنها باقی بماند.
اما درنهایت، افزایش جاذبه بین بارهای مخالف، حرکت این الکترونهای سیال را کند میکند و آنها را به سمت عقب هل میدهد؛ یعنی جایی که دوباره تحتتاثیر خطوط میدان مغناطیسی خورشید قرار میگیرند.
Boldyrev میگوید: این الکترونها وقتی دوباره به سمت خورشید باز میگردند، بهخاطر نیروی الکتریکی جذبکننده خورشید دیگر نمیتوانند از آن فرار کنند. بنابراین، آنها بهصورت توپ پینکپونگ به عقب و جلو حرکت میکنند و توده بزرگی از الکترونهای محبوسشده را به وجود میآورند.
Boldyrev و همکارانش، حرکت رفتوبرگشتی مشابهی را در آزمایشگاه و در داخل دستگاهی به نام ماشین آینه (Mirror machine) که برای مطالعه پلاسما استفاده میشود مشاهده کردند.
البته ماشینهای آینه در اصل دارای هیچ آینهای نیستند؛ حداقل نه از نوع شفافی که همه ما میشناسیم. این دستگاههای فیوژن خطی، که بهعنوان آینههای مغناطیسی یا تلههای مغناطیسی هم شناخته میشوند، از لولههای بلندی که دارای گردنههای بطریشکل در انتهاهای خود هستند تشکیل شدهاند.
خاصیت بازتابی آنها در واقع با عبور جریانهای پلاسما از دو انتهای بطریشکلشان ایجاد میشود و در آنجا خطوط میدان مغناطیسی اطراف را به نحوی تغییر میدهند که ذرات جریان پلاسما دوباره به داخلشان بازتابیده میشوند.
Boldyrev میگوید: اما برخی از ذرات میتوانند فرار کنند. این ذرات در امتداد خطوط میدان مغناطیسی، به بیرون بطری حرکت میکنند. ما از پلاسمای بسیار داغ استفاده کردیم و از این طریق میخواستیم بدانیم که دمای الکترونهایی که از داخل بطری فرار میکنند چگونه در بیرون آن کاهش مییابد. در واقع این الکترونهای فرارکرده میتوانستند دید بهتری درباره اتفاقی که برای بادهای خورشیدی میافتد به ما بدهند.
Boldyrev و همکارانش، تودهای از الکترونهای محبوسشده را مشاهده کردند که بهصورت توپ پینکپونگ عقب و جلو میرفتند و نقش مهمی در نحوه توزیع انرژی گرمایی و تغییر سرعت و درجه حرارت ذرات پلاسما بازی میکردند.
Boldyrev میگوید: مشخص شد که نتایج ما، انطباق خوبی با اندازهگیریهای دمای بادهای خورشیدی دارند و شاید این یافتهها بتوانند توضیح دهند که چرا دمای الکترونها با دور شدن از خورشید به کندی کاهش مییابد.
وجود این تطابق خوب بین نتایج ماشین آینه و آنچه که ما در فضا میبینیم، نشان میدهد که شاید پدیدههای خورشیدی دیگری نیز وجود داشته باشند که بتوان آنها را با استفاده از این روش، مورد مطالعه قرار داد.
یافتههای تحقیق جدید در مجله PNAS چاپ شده است.
نوشته بادهای خورشیدی بسیار داغتر از آنچیزی هستند که فکرش را میکنیم! اولین بار در اخبار تکنولوژی و فناوری پدیدار شد.
