علماء الفيزياء يقومون بصنع حقل مغناطيسي شمسي غريب في المختبر!

تلك الكرة الدوارة من البلازما التي هي شمسنا تنتج مجالاً مغناطيسياً، وحيث يضعف هذا الحقل المغناطيسي، يمكن للرياح الشمسية الهروب بنجاح لتنتشر في الفضاء .

لقد تمكن العلماء الآن من إعادة إنشاء هذه التأثيرات نفسها في المختبر لأول مرة. مما يعني أنه يمكننا دراسة الظواهر الغريبة حول نجمنا في أماكن قريبة، دون إرسال أقمار ختص مرحبا عبر النظام الشمسي لتدرس الشمس.

معرفة كيفية تصرف هذا المجال المغناطيسي وتدفقات البلازما المرتبطة به أمر بالغ الأهمية في تحسين فهمنا لكيفية ومتى قد تؤثر العواصف الشمسية على الأرض. وربما تضع أنظمة الاتصالات والبنية التحتية لدينا تحت تهديد وشيك.

على وجه الخصوص، تحدد خريطة «mini-Sun» التي تم تكوينها الآن داخل مختبر «بجامعة ماديسون» التي تدرس تأثير «دوامة باركر- Parker spiral» (سميت على اسم مكتشفها، عالم الفيزياء الفلكية الشمسية الأمريكي «يوجين باركر»).ع

لى وجه التحديد، هذه هي الطريقة التي يتدفق بها المجال المغناطيسي للشمس ورياحه الشمسية مثل تنورة راقصة باليه عبر الكواكب المحيطة.

يقول الفيزيائي «إيثان بيترسون» من جامعة «ويسكونسن ماديسون»:

"الرياح الشمسية شديدة التباين، ولكن هناك نوعان أساسيان: سريع وبطيء".

“لقد وثقت مهمات الأقمار الصناعية بشكل جيد من أين تأتي الرياح السريعة.لذلك كنا نحاول دراسة على وجه التحديد كيف تتولد الرياح الشمسية البطيئة وكيف تتطور أثناء انتقالها نحو الأرض."

وللتحقق من «دوامة باركر-Parker spiral» ورياحها الشمسية أيضًا، ابتكر «بيترسون» وزملاؤه الكرة الحمراء الكبيرة: كرة مجوفة تحتوي على البلازما بعرض ثلاثة أمتار (حوالي عشرة أقدام)، وتتميز بمغناطيس قوي في مركزه ومهمتها أيضا إجراء تحقيقات قياس مختلفة.

بعد ذلك تم مُؤاينة غاز الهيليوم لإنشاء بلازما عند درجات حرارة ١٠٠,٠٠٠ درجة مئوية. قبل أن يتم نسج الخليط كله باستخدام تيار كهربائي والقوى المغناطيسية داخل الجهاز. وما انتهى إليه العلماء هو دوامة باركر المصغرة التي يمكن مراقبتها باستمرار في ثلاثة أبعاد.

يقول «بيترسون»:

"تتوافق قياسات الأقمار الصناعية بشكل كبير مع نموذج باركر الحلزوني، ولكن فقط عند نقطة واحدة في كل مرة.لذلك لن تكون قادرة على وضع خريطة متزامنة على نطاق واسع لها كما نستطيع في المختبر"، وتؤكد قياساتنا التجريبية لنظرية «باركر» حول كيفية إنشائها من خلال تدفقات البلازما هذه."

بالإضافة إلى قياس امتدادات وحقل الحقل المغناطيسي للشمس، والذي لم يتم استكشافه على نطاق واسع من قبل ، تمكنت الكرة الحمراء الكبيرة أيضًا من إنتاج «تجشؤات» البلازما الخاصة بها – براعم صغيرة من البلازما تغذي الرياح الشمسية الأبطأ. ولأول مرة تمكن العلماء من إلقاء نظرة مفصلة على كيفية تكوينها بالفعل، حيث تلتقي البلازما عالية السرعة بنقاط ضعيفة في المجال المغناطيسي، في حين أن «دوامة باركر» الصغيرة الحجم لا تستطيع أن تكرر بشكل كامل الشيء الحقيقي الذي يمتد عبر الفضاء. فإنها بالتأكيد ستساعد الباحثين على اكتشاف بعض الفيزياء الكامنة وراء كيفية عمل المجال الشمسي ودورات البلازما – وما يمكن أن نتوقعه منها فى المستقبل.

يؤكد الباحثون أنه لن يتم الغاء مهام مسبار الطاقة الشمسية في المستقبل بأي حال : على سبيل المثال، فإن مسبار «Parker Solar Probe»، الذي تم إطلاقه في أغسطس ٢٠١٨، في طريقه إلى الشمس، ستنخفض إلى ما دون سطح «Alfvén» – النقطة على سطح الطاقة الشمسية التي تولد فيها الرياح الشمسية لأول مرة – لقياس هذه الرياح الشمسية بتفصيل أكبر من أي وقت مضى.

في هذه الأثناء. أصبحت «الكرة الكبيرة الحمراء» متاحة الآن للباحثين الآخرين للاستفادة من الاختبارات التي تجري من قِبل. وإجراء الاختبارات، وأخذ قياسات منها – وهو مورد يحتمل أن يكون حاسماً في فهم المزيد عن نظامنا الشمسي.

يقول بيترسون:

"يوضح عملنا أن التجارب المعملية يمكن أن تحصل أيضًا على الفيزياء الأساسية لهذه العمليات.ولأن «الكرة الكبيرة الحمراء» يتم تمويلها الآن كمرفق وطني لأي باحث مستخدم، فإنها تقول لمجتمع العلوم:إذا كنت تريد دراسة فيزياء الرياح الشمسية، فيمكنك القيام بذلك هنا."

المصدر

Nature physics