کشف راز گرمایش عجیب جو خورشید: دانشمندان شگفت‌زده شدند

راز عمیق خورشید

در خورشید ما یک راز عمیق وجود دارد. در حالی که دمای سطح خورشید حدود ۱۰,۰۰۰ درجه فارنهایت است، دمای جو بیرونی آن، که به نام کره خورشیدی شناخته می‌شود، حدود ۲ میلیون درجه فارنهایت است که تقریباً ۲۰۰ برابر داغ‌تر می‌باشد. این افزایش دما در فاصله‌ای دورتر از خورشید، معماگونه است و از سال ۱۹۳۹ که دمای بالای کره خورشیدی برای اولین بار شناسایی شد، به عنوان یک معما باقی مانده است. در دهه‌های بعد، دانشمندان تلاش کرده‌اند مکانیزمی را که می‌تواند باعث این گرمایش غیرمنتظره شود، شناسایی کنند، اما تاکنون موفق نشده‌اند.

پیشرفت‌های جدید در درک گرمایش کره خورشیدی

اکنون، تیمی به رهبری سایاک بوس، پژوهشگر آزمایشگاه فیزیک پلاسما پرینستون وابسته به وزارت انرژی ایالات متحده، پیشرفت قابل توجهی در درک مکانیزم گرمایش زیرین انجام داده است. یافته‌های اخیر آن‌ها نشان می‌دهد که امواج پلاسما بازتابی می‌توانند باعث گرمایش حفره‌های کرونالی شوند؛ این حفره‌ها مناطق با چگالی پایین در کره خورشیدی هستند که خطوط میدان مغناطیسی آن‌ها به فضاهای بین سیاره‌ای گسترش می‌یابند. این یافته‌ها نمایانگر پیشرفت عمده‌ای در حل یکی از معماهای بزرگ درباره نزدیک‌ترین ستاره ما هستند.

بوس، نویسنده اصلی مقاله‌ای که نتایج را در مجله نجوم فیزیکی گزارش کرده است، گفت: “دانشمندان می‌دانستند که حفره‌های کرونالی دماهای بالایی دارند، اما مکانیزم زیرین مسئول گرمایش به خوبی درک نشده است.” او افزود: “یافته‌های ما نشان می‌دهد که بازتاب امواج پلاسما می‌تواند این کار را انجام دهد. این اولین آزمایش آزمایشگاهی است که نشان می‌دهد امواج آلفن تحت شرایط مرتبط با حفره‌های کرونالی، بازتاب می‌یابند.”

این امواج که نام خود را از فیزیکدان سوئدی و برنده جایزه نوبل هانس آلفن گرفته‌اند، شبیه به ارتعاشات سیم‌های گیتار هستند، با این تفاوت که در این مورد، امواج پلاسما ناشی از نوسانات میدان‌های مغناطیسی می‌باشند.

تحقیق جدید درباره امواج آلفن و گرمایش حفره‌های تاجی

بوز و سایر اعضای تیم از ستون پلاسما به طول ۲۰ متر در دستگاه پلاسما بزرگ (LAPD) در دانشگاه کالیفرنیا-لس آنجلس (UCLA) برای تحریک امواج آلفن در شرایطی استفاده کردند که شبیه به شرایط اطراف حفره‌های تاجی در خورشید است. این آزمایش نشان داد که وقتی امواج آلفن با نواحی دارای چگالی پلاسما و شدت میدان مغناطیسی متفاوت مواجه می‌شوند، همان‌طور که در جو خورشید در اطراف حفره‌های تاجی اتفاق می‌افتد، می‌توانند منعکس شده و به سمت منبع خود برگردند. برخورد امواج در حال حرکت به سمت بیرون و امواج منعکس‌شده باعث ایجاد آشفتگی می‌شود که به نوبه خود منجر به گرمایش می‌گردد.

جیسون تن‌بارج، پژوهشگر مهمان در PPPL و یکی از همکاران این تحقیق، گفت: “فیزیکدانان مدت‌هاست که فرض کرده‌اند که انعکاس امواج آلفن می‌تواند به توضیح گرمایش حفره‌های تاجی کمک کند، اما تأیید این فرضیه در آزمایشگاه یا اندازه‌گیری مستقیم آن ممکن نبوده است.” او افزود: “این کار اولین تأیید تجربی است که نشان می‌دهد انعکاس امواج آلفن نه‌تنها ممکن است، بلکه مقدار انرژی منعکس‌شده کافی است تا حفره‌های تاجی را گرم کند.”

علاوه بر انجام آزمایش‌های آزمایشگاهی، تیم همچنین شبیه‌سازی‌های کامپیوتری از این آزمایش‌ها انجام داد که انعکاس امواج آلفن را در شرایط مشابه با حفره‌های تاجی تأیید کرد. بوز گفت: “ما به‌طور مرتب چندین تأیید انجام می‌دهیم تا دقت نتایج مشاهده‌شده‌مان را تضمین کنیم و انجام شبیه‌سازی‌ها یکی از این مراحل بود. فیزیک انعکاس امواج آلفن بسیار جذاب و پیچیده است! شگفت‌انگیز است که چگونه آزمایش‌های پایه فیزیک و شبیه‌سازی‌ها می‌توانند به‌طور قابل توجهی درک ما از سیستم‌های طبیعی مانند خورشید را بهبود بخشند.”

همکاران این تحقیق شامل دانشمندانی از دانشگاه پرینستون، دانشگاه کالیفرنیا-لس آنجلس و دانشگاه کلمبیا بودند. این تحقیق توسط وزارت انرژی ایالات متحده (DOE) تحت قراردادهای DE-AC0209CH11466 و DE-SC0021261 و همچنین توسط بنیاد ملی علوم (NSF) تحت شماره گرنت 2209471 تأمین مالی شده است. آزمایش در تأسیسات علوم پلاسما پایه انجام شد که یک تأسیسات کاربری مشترک است و بخشی از برنامه علوم انرژی همجوشی دفتر علوم DOE می‌باشد و تحت قرارداد DOE DE-FC02-07ER54918 و NSF تحت قرارداد NSF-PHY 1036140 تأمین مالی شده است.