چگونه رنگ و یک بلندگو میتوانند فیزیک جتهای پلاسمای خورشید را توضیح دهند!!
خورشید توسط فوارههای فوق داغ پلاسما پوشیده شده است که از ذرات باردار الکتریکی ایجاد شدهاند و اکنون دانشمندان اطلاعات بیشتری در مورد چگونگی ایجاد و هدایت این فوارهها (یا اسپیکولها) به جو ستاره پیدا کردهاند.
از طریق مجموعهای از آزمایشها و مدلهای آزمایشگاهی، یک مطالعه جدید به سرپرستی اخترفیزیکدان پیالی چاترجی از مؤسسه اخترفیزیک هند (IIA) این اسپیکولها را مانند قطرههای رنگی توصیف میکند که هنگام پخش موسیقی روی سطح یک بلندگو میتابند.
این یک تشبیه کاملاً غیرعادی است، اما به نظر میرسد فیزیک زیربنایی یکسانی داشته باشد.
هنگامی که مایعی در بالای بلندگوی قرار میگیرد که صدا را پمپاژ میکند، ناپایدار میشود و شروع به ارتعاش در محدوده بالاتر از فرکانس خاص یا معینی میکند. اگر آن مایع از چیزهایی تشکیل شده باشد که به عنوان زنجیرههای پلیمری بلند شناخته میشوند (پلیمر به نوعی مولکول با زنجیره بلند گفته میشود) – برای مثال رنگ یا شامپو را در نظر بگیرید – مایع به صورت جتهای بلند از بلندگو خارج میشود.
جتهای رنگ ناشی از ارتعاشات. (دی و همکاران، فیزیک طبیعت، 2022)
به گفته نویسندگان مطالعه، همین فرآیند میتواند در بالای خورشید نیز اتفاق بیفتد. با این حال، ضربان تپنده خط باس نیست که اسپیکولها را تولید میکند، بلکه میدان مغناطیسی تولید شده توسط جریانهای الکتریکی در داخل خورشید است.
مورتی اوسن از دانشگاه بزرگ پریمجی هند فیزیکدان تجربی می گوید: “با تحریک شباهت بصری بین اسپیکولهای خورشیدی و فوارههای رنگ روی بلندگو، ما نقش میدانهای مغناطیسی روی خورشید را با استفاده از شبیهسازیهای عددی پیشرفته پلاسمای خورشیدی بررسی کردیم.”
همانطور که زنجیرههای پلیمری فوارههای رنگ را بالای بلندگو ثابت نگه میدارند، میدان مغناطیسی اطراف خورشید میتواند جتهای پلاسما را به اندازهای پایدار نگه دارد که در جهت خاصی به دور از ستاره شلیک کنند.
از نظر فنی، هر دو سیستم ناهمسانگرد هستند که در آن خواص چیزی بسته به جهتی تغییر میکند که در آن حرکت میکند (در صورتی که در سیستم همسانگرد اینگونه نیست و اصلا حرکت به چشم نمیآید)– اگرچه محققان اشاره میکنند که تفاوتهای قابل توجهی نیز به ویژه در مقیاس وجود دارد (بین خورشید و بلندگو).
چاترجی توضیح میدهد: شبیهسازیها توانستند جنگلی از جتها را بازتولید کنند، زیرا طیف واقعیتری از پارامترها را نسبت به مطالعات قبلی بررسی کردند.
تحقیقات جدید اجماع موجود را به چالش میکشد که فیزیک پشت اسپیکولهای خورشیدی کوتاه با فیزیک پشت اسپیکول های خورشیدی طولانیتر (و سریع تر) متفاوت است. هر دو در واقع میتوانند توسط همان نیروهای همرفتی در پلاسما درست در زیر سطح قابل مشاهده خورشید (فوتوسفر) ایجاد شوند.
ساحل دی، اخترفیزیکدان، همچنین از IIA، میگوید: پلاسمای خورشیدی را میتوان بهصورت رشتهای با خطوط میدان مغناطیسی بسیار شبیه زنجیرههای بلند در محلولهای پلیمری در این آزمایش تصور کرد.
به طور عجیبی، کروموسفر خورشید (وسط سه لایه جو) گرمتر از سطح آن است. دانشمندان فکر میکنند که اسپیکولهای پلاسما ممکن است یکی از دلایل آن باشد، بنابراین این کشف میتواند به توضیح بیشتر از یک معمای خورشیدی کمک کند.
این اسپیکولها میتوانند تا 12000 کیلومتر (7456 مایل) از خورشید دورتر شوند، قبل از اینکه توسط گرانش به پایین باز گردند و میتوانند تا عرض 1100 کیلومتر (684 مایل) گسترش یابند. تنوع زیادی وجود دارد، اما این تغییرات در آزمایشها و مدلسازیهای انجامشده در این مطالعه لحاظ شده است.
تخمین زده می شود که در هر لحظه حدود 3 میلیون اسپیکول بالای خورشید وجود داشته باشد و تحقیقات در مورد چگونگی ایجاد آنها ادامه دارد. دریافت پاسخ های بیشتر مستلزم همکاری بین دانشمندان چندین رشته مختلف است.
قدرت یکپارچهسازی فیزیک که پدیدههای فیزیکی متفاوت را به هم متصل میکند، نیروی محرکه همکاریهای بینرشتهای بسیار بیشتر خواهد بود.
توضیح :
در جلوی بلندگو یک پوسته مخروطی پلاستیکی، کاغذی و یا فلزی سبک وزنی از جنس آلومینیوم و یا تیتانیوم قرار دارد که به آن دیافراگم میگویند. قسمت خارجی مخروط به لبه فلزی خارجی بلندگو متصل شده است. در قسمت داخلی نیز یک سیم پیچ فلزی بر روی یک آهنربای دایمی قرار دارد (آن را سیم پیچ صدا یا مگنت نیز مینامند). زمانی که بلندگو را به یک پخش کننده متصل میکنید، سیگنالهای الکتریکی از درون کابلهای بلندگو (قرمز) به سیم پیچ میرسد. این کار سبب میشود که سیمپیچ به یک آهنربای موقت (electromagnet) تبدیل شود. همان گونه که جریان الکتریکی در کابل جریان مییابد، الکترومگنت به آهنربا جذب و یا از آن دور میشود. این کار سبب حرکت سیمپیچ به عقب و جلو و به طبع آن هل دادن یا کشیده شدن قسمت مخروطی میشود. همچون پوسته طبل، لرزش به داخل و خارج سبب میشود صدا به هوا منتقل شود.(چون هر آهنگ دارای یک باینری است و الکترومگنت طبق آن باینری بالا و پایین میشود و با هل دادنهای متوالی هوا ی ثابت جریانی ازجبهه هواهایی ایجاد میکند که طبق باینری موسیقی جابجا میشوند و وقتی به گوش میرسد پرده گوش طبق آن میلرزد و صوت را تبدیل به الکتریسیته طبق همان باینری میکند که توسط مسیرهای عصبی منتقل و منجر به فرآیند شنیدن با عبور از مغز میشود).
منشا فورانهای خورشیدی:
اين فرايند از سطح خورشيد آغاز ميشود، جايي كه ذرات باردار با ميدان مغناطيسي درگير ميشوند ( شبیه الکترومگنت بلندگو) و اين تعامل درگيري مغناطيسي شديدي را در نزديكي سطح خورشيد خلق ميكند. پس از آن ذرات خنثي و باردار در بالاي سطح خورشيد در فرايندي به نام گداخت امبيپولار(انتشار دوقطبی، انتشار گونههایی با بار الکتریکی مخالف از جمله الکترونها و کاتیونها به دلیل ایجاد میدان الکتریکی است). با يكديگر تركيب شده و مسيري را براي فرار تنشهاي مغناطيسي ايجاد ميكنند(یعنی تولید اسپیکولها). در نهايت تنشهاي مغناطيسي مانند تير از كمان جهيده و با سرعتي باورنكردني در فضا رها ميشود (همان اسپیکولها). سرعت اين فورانها به اندازهاي است كه ميتوانند طول ايالت كاليفرنيا را در چند دقيقه طي كنند. فورانها ميتوانند در عرض پنج تا ده دقيقه ارتفاع 10000 كيلومتري را بپيمايند كه هماندازه شعاع زمين است.
در سراسر فیزیک پلاسما، انتشار دوقطبی ارتباط نزدیکی با ایده شبه خنثی دارد(شبه خنثی یا شبیه خنثی بودن بار ظاهری یک پلاسما را به طور کلی توصیف میکند، در حالی که در مقیاسهای کوچکتر، بارهای مثبت و منفی پلاسما را تشکیل می دهند، ممکن است مناطق باردار ایجاد کنند و یا تولید میدانهای الکتریکی کنند.) در اکثر پلاسماها، نیروهای وارد بر یونها با نیروهایی متفاوت است که بر روی الکترونها اعمال می شود، بنابراین به طور ساده انتظار میرود که یک گونه در مقایسه با گونههای دیگر چه از طریق انتشار یا حتی همرفت یا انواع دیگر فرآیندها سریعتر منتقل شود.
مترجم: مرتضی نادریفرد
منبع:
How Paint and a Speaker Could Explain The Physics of The Sun’s Plasma Jets
DAVID NIELD 13 MARCH 2022
https://www.sciencealert.com/jets-of-plasma-on-the-sun-are-like-paint-on-a-vibrating-speaker
چه پر معنا و زیباست جهان بنگر تا چه حد کیمیاست جهان