Sci - nature wiki

تقدم تجربة المعدن السائل نظرة ثاقبة لآلية تسخين هالة الشمس – ScienceDaily

0

يعد سبب وصول هالة الشمس إلى درجات حرارة تصل إلى عدة ملايين من الدرجات المئوية أحد أكبر الألغاز في الفيزياء الشمسية. يؤدي المسار “الساخن” لشرح هذا التأثير إلى منطقة من الغلاف الجوي للشمس أسفل الهالة مباشرة ، حيث تنتقل الموجات الصوتية وموجات بلازما معينة بنفس السرعة. في تجربة باستخدام معدن الروبيديوم القلوي المنصهر والمجالات المغناطيسية النبضية العالية ، طور فريق من Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) ، وهو مختبر وطني ألماني ، نموذجًا مختبريًا وأكد للمرة الأولى بشكل تجريبي السلوك المتوقع نظريًا من موجات البلازما هذه – ما يسمى بموجات ألفين – كما ذكر الباحثون في المجلة خطابات المراجعة المادية.

عند 15 مليون درجة مئوية ، يكون مركز شمسنا حارًا بشكل لا يمكن تصوره. يشع ضوءه على سطحه عند درجة حرارة معتدلة نسبيًا تبلغ 6000 درجة مئوية. يقول الدكتور فرانك ستيفاني: “إنه لأمر مدهش للغاية أن تسود درجات حرارة تصل إلى عدة ملايين من الدرجات فجأة مرة أخرى في هالة الشمس التي تغطيها”. يجري فريقه بحثًا في معهد HZDR لديناميكيات السوائل حول فيزياء الأجرام السماوية – بما في ذلك نجمنا المركزي. بالنسبة لستيفاني ، تظل ظاهرة تسخين الهالة واحدة من الألغاز العظيمة للفيزياء الشمسية ، وهي ظاهرة لا تزال تدور في ذهنه في شكل سؤال بسيط للغاية: “لماذا الإناء أكثر دفئًا من الموقد؟”

تلعب المجالات المغناطيسية دورًا مهيمنًا في تسخين الهالة الشمسية ، وهو أمر مقبول الآن على نطاق واسع في الفيزياء الشمسية. ومع ذلك ، لا يزال من المثير للجدل ما إذا كان هذا التأثير يرجع أساسًا إلى تغيير مفاجئ في هياكل المجال المغناطيسي في البلازما الشمسية أو إلى ترطيب أنواع مختلفة من الموجات. يركز العمل الجديد لفريق دريسدن على ما يسمى بموجات ألفين التي تحدث أسفل الهالة في البلازما الساخنة للغلاف الجوي الشمسي ، والتي تتخللها المجالات المغناطيسية. تشبه الحقول المغناطيسية التي تعمل على الجسيمات المتأينة في البلازما وترًا للجيتار ، يؤدي عزفه إلى إطلاق حركة موجية. مثلما تزداد درجة حدة سلسلة مداعبة مع توترها ، يزداد تردد موجة ألففين وسرعة انتشارها مع قوة المجال المغناطيسي.

“أسفل هالة الشمس مباشرة توجد ما يسمى بالمظلة المغناطيسية ، وهي طبقة يتم فيها محاذاة المجالات المغناطيسية إلى حد كبير موازية لسطح الشمس. هنا ، الصوت وموجات ألفين لها نفس السرعة تقريبًا وبالتالي يمكن أن تتحول بسهولة إلى بعضها البعض. نحن أراد الوصول إلى هذه النقطة السحرية بالضبط – حيث يبدأ التحول الشبيه بالصدمة للطاقة المغناطيسية للبلازما إلى حرارة “، كما يقول ستيفاني ، محددًا هدف فريقه.

تجربة خطيرة؟

بعد فترة وجيزة من توقعهم في عام 1942 ، تم اكتشاف موجات ألفين في أولى تجارب المعادن السائلة ودُرست لاحقًا بالتفصيل في منشآت فيزياء البلازما المتقنة. فقط ظروف المظلة المغناطيسية ، التي تعتبر حاسمة لتسخين الهالة ، ظلت بعيدة عن متناول المجربين حتى الآن. من ناحية أخرى ، في تجارب البلازما الكبيرة تكون سرعة ألفين أعلى بكثير من سرعة الصوت. من ناحية أخرى ، في جميع تجارب المعادن السائلة حتى الآن ، كان أقل بكثير. والسبب في ذلك: شدة المجال المغناطيسي المنخفضة نسبيًا للملفات فائقة التوصيل الشائعة مع مجال ثابت يبلغ حوالي 20 تسلا.

ولكن ماذا عن المجالات المغناطيسية النبضية ، مثل تلك التي يمكن إنشاؤها في مختبر المجال المغناطيسي العالي في دريسدن (HLD) بقيم قصوى تبلغ 100 تسلا تقريبًا؟ هذا يتوافق مع حوالي مليوني ضعف قوة المجال المغناطيسي للأرض: هل تسمح هذه الحقول العالية للغاية لموجات ألفين باختراق حاجز الصوت؟ من خلال النظر في خصائص المعادن السائلة ، كان معروفًا مسبقًا أن الروبيديوم المعدني القلوي يصل بالفعل إلى هذه النقطة السحرية عند 54 تسلا.

لكن الروبيديوم يشتعل تلقائيًا في الهواء ويتفاعل بعنف مع الماء. لذلك كان لدى الفريق في البداية شكوك حول ما إذا كان من المستحسن إجراء مثل هذه التجربة الخطيرة على الإطلاق. سرعان ما تبددت الشكوك ، كما يتذكر الدكتور توماس هيرماننسدورفر من HLD: “نظام إمداد الطاقة الخاص بنا لتشغيل المغناطيس النبضي يحول 50 ميغا جول في جزء من الثانية – وبذلك ، يمكننا نظريًا الحصول على طائرة تجارية تقلع في جزء من الثانية. عندما شرحت لزملائي أن جزءًا من الألف من هذه الكمية من الطاقة الكيميائية للروبيديوم السائل لا يقلقني كثيرًا ، فإن تعابير وجوههم أصبحت أكثر إشراقًا بشكل واضح “.

ينبض من خلال حاجز الصوت المغناطيسي

ومع ذلك ، كان لا يزال طريقًا صخريًا للتجربة الناجحة. بسبب ضغوط تصل إلى خمسين ضعفًا من ضغط الهواء الجوي الناتج في المجال المغناطيسي النبضي ، كان لابد من وضع ذوبان الروبيديوم في حاوية متينة من الفولاذ المقاوم للصدأ ، والتي كان من المفترض أن يملأها الكيميائي المتمرس ، بعد التقاعد. عن طريق حقن التيار المتردد في قاع الحاوية مع تعريضه في نفس الوقت للمجال المغناطيسي ، كان من الممكن أخيرًا توليد موجات ألفين في المصهور ، والتي تم قياس حركتها الصعودية بالسرعة المتوقعة.

الحداثة: بينما تصل شدة المجال السحري إلى 54 تسلا ، كانت جميع القياسات تهيمن عليها تردد إشارة التيار المتردد ، وفي هذه المرحلة ظهرت إشارة جديدة بتردد النصف. كانت هذه الفترة المضاعفة المفاجئة في اتفاق تام مع التوقعات النظرية. اخترقت موجات ألفين لفريق ستيفاني حاجز الصوت لأول مرة. على الرغم من أنه لا يمكن شرح جميع التأثيرات الملحوظة بسهولة ، إلا أن العمل يساهم بتفاصيل مهمة في حل لغز تسخين الهالة الشمسية. بالنسبة للمستقبل ، يخطط الباحثون لتحليلات عددية مفصلة وتجارب أخرى.

يُجرى أيضًا بحث حول آلية تسخين هالة الشمس في أماكن أخرى: مسبار باركر الشمسي ومسبار الفضاء الشمسي المداري على وشك اكتساب رؤى جديدة من مسافة قريبة.

Leave A Reply

Your email address will not be published.