کشف ردپای امواج مرموز در وقوع شفق قطبی
به گزارش «نبض فناوری»، یکی از مناظر بسیار جذاب آسمان درخشش رقص نورهای شفق است که علت این پدیده جذاب هنوز به طور کامل درک نشده است.
تا این حد می دانیم که شفق قطبی توسط ذراتی که از طوفان های خورشیدی ساطع می شوند و در امتداد خطوط میدان مغناطیسی زمین تا عرض های جغرافیایی شتاب گرفتند، تولید می شوند. در بالای جو، فعل و انفعالات با ذرات موجود در جو، پرده های نوری را ایجاد می کند که در سراسر آسمان می درخشند.
اکنون، برای اولین بار، دانشمندان مکانیسم ایجاد شتاب ذرات را با تکرار فرآیند در آزمایشگاه نشان داده و تأیید کرده اند. امواج الکترومغناطیسی قدرتمند معروف به امواج آلفون، الکترونها را در امتداد خطوط میدان مغناطیسی تسریع می کنند.
کریگ کلتزینگ، فیزیکدان از دانشگاه آیووا گفت: این ایده که این امواج می توانند الکترون های ایجاد کننده شفق قطبی را تحریک کنند به بیش از چهار دهه قبل برمی گردد؛ اما این اولین بار است که ما می توانیم به طور قطعی آن را تأیید کنیم.
این آزمایشات به ما اجازه می دهد اندازه گیری های کلیدی را انجام دهیم که نشان می دهد اندازه گیری های فضا و تئوری روش اصلی ایجاد شفق قطبی را توضیح می دهند.
ما مدت زیادی است که در مورد امواج آلفون اطلاعات داریم. این امواج اولین بار توسط مهندس برق سوئدی هانس آلفون در سال 1942 توصیف شد(امواج عرضی در یک سیال الکتریکی که در امتداد خطوط میدان مغناطیسی منتشر می شوند). چنین امواج مکانیسم مهمی برای انتقال انرژی و حرکت در سیستم های مغناطیسی است. یعنی می توانند ذرات را تسریع کنند.
امواج آلفون در خطوط میدان مغناطیسی زمین مشاهده شده اند و فضاپیماها حتی امواج آلفون به سمت زمین را در بالای شفق ها مشاهده کرده اند. به طور گسترده ای پذیرفته شده است که امواج آلفون در شتاب الکترون شفق نقش دارند؛ اما تعیین دقیق این نقش تا حدودی مشکل است.
بنابراین تیمی از دانشمندان به سرپرستی فیزیکدان جیم شرودر از کالج ویتون از دستگاه بزرگ پلاسما برای بررسی دقیق این پدیده استفاده کردند. این محفظه خلاء استوانه ای است به قطر 20 متر (66 فوت) و قطر 1 متر (3.3 فوت) و دارای میدان مغناطیسی قدرتمند است.
یکی از محققان گفت که این آزمایش چالش برانگیز نیاز به اندازه گیری تعداد بسیار کمی الکترون دارد؛ که در محفظه LAPD با سرعتی تقریباً یکسان با امواج آلفون حرکت می کنند و تعداد آنها از یک هزار الکترون در پلاسما کمتر از یک است.
اندازه گیری ها نشان داد که این تعداد کم الکترون تحت شتاب طنین انداز توسط میدان الکتریکی موج آلفون قرار می گیرد. این فرآیند تحت عنوان جذب لانداو شناخته می شود، زیرا انتقال انرژی از موج به ذره موج را جذب می کند، که به نوبه خود از ظهور یک بی ثباتی جلوگیری می کند. طبق تجزیه و تحلیل تیم، اثر تولید شده توسط سرعت الکترون اثر شناخته شده برای جذب لانداو بود.
با مقایسه نتایج آنها با شفق قطبی مدل، تیم توانست ثابت کند که میزان انرژی الکترونها با جذب لانداو در واقعیت سازگار است.
نتایج این تحقیق در Nature Communications منتشر شده است.
