מחקר חדש בחן את תפקידם של גלי אלפוון הקינטיים בחימום האינטנסיבי של עטרת השמש. המחקר חקר כיצד גלים אלה מעבירים אנרגיה לחלקיקי פלזמה, ושופכים אור על התעלומה ארוכת השנים מדוע האטמוספירה של השמש הרבה יותר חמה משטחה. קרדיט: twoday.co.il.com
מחקר חדש התעמק בחימום המסתורי של עטרת השמש, החמה משמעותית משטח השמש, דרך עדשת גלי אלפוון (KAWs) הקינטיים.
מחקר באוניברסיטת אלבמה בהאנטסוויל חקר כיצד גלים אלו מעבירים אנרגיה ותורמים לחימום העטרה הסולארי. המחקר חקר את תפקידה של אנרגיה אלקטרומגנטית בפלזמות בחלל, תוך התמקדות באינטראקציה של KAWs עם חלקיקים, ובסופו של דבר הופכים אנרגיה זו לחום. עבודה זו יכולה לספק תובנות קריטיות על הפיזיקה הסולארית, במיוחד בהבנת פער הטמפרטורה בין פני השמש לאטמוספירה שלה.
פותרים את המסתורין של חימום קורונה סולארי
חוקר מאוניברסיטת אלבמה בהאנטסוויל (UAH) חקר היבטים קריטיים של תופעה הנקראת גלי אלפוון קינטיים (KAWs) כדי לספק תובנות חדשות על תעלומת הליופיזיקה עתיקת יומין במחקר חדש שפורסם ב- ה כתב עת אסטרופיזי. סייד עיאז, עוזר מחקר בוגר במרכז UAH לחקר פלזמה וחקר אווירונומי בחלל (CSPAR), בחן את התפקיד הפוטנציאלי של KAWs בחימום הקורונה הסולארית, מקדם את המדע צעד אחד יותר לפתרון הפאזל מדוע הקורונה היא פעמים רבות. חם יותר משטח השמש עצמה.
הקורונה, או האטמוספרה הסולארית, אזור המשתרע על פני שמונה מיליון קילומטרים מעל פני השמש ומאופיין בטמפרטורות גבוהות במיוחד.
תפקידם של גלי אלפוון הקינטיים בפיזיקה סולארית
"במשך עשרות שנים, גלי Alfvén הוכחו כמועמדים הטובים ביותר להובלת אנרגיה ממקום אחד למקום אחר", אומר Ayaz, ומציין את התפקיד הפוטנציאלי של KAWs בהנעת חום העטרה. "מאמר זה משתמש בגישה חדשה למודל של חלקיקים אנרגטיים בפלזמות חלל, כפי שנצפו על ידי לוויינים כמו ויקינג ופריה, כדי לענות על האופן שבו האנרגיה האלקטרומגנטית של הגלים, באינטראקציה עם חלקיקים, הופכת לחום במהלך תהליך השיכוך כשהגלים עוברים דרכם. מֶרחָב. החקירה שלנו חוקרת את השדות האלקטרומגנטיים המופרעים, וקטור השטף של Poynting וקצב אספקת הכוח של KAWs באטמוספירה הסולארית."
הקורונה, או אטמוספירת השמש, היא אזור חידתי המקיף את כוכב הבית שלנו, המשתרע הרבה מעבר לדיסק הנראה של השמש, ומשתרע כשמונה מיליון קילומטרים מעל פני השמש. עם זאת, הקורונה מאופיינת גם בטמפרטורות גבוהות במיוחד, תעלומה שכבשה את האסטרופיזיקאים במשך כמעט שבעים שנה.
Syed Ayaz, עוזר מחקר בוגר במרכז UAH למחקר פלזמה וחלל אווירונומי (CSPAR). קרדיט: סייד עיאז
מחקר גלי אלפוון בקנה מידה קינטי
"סייד הוא אחד הסטודנטים המצטיינים שלנו שרק מתחיל את הקריירה המחקרית שלו", אומר ד"ר גארי זנק, מנהל CSPAR ויו"ר Aerojet Rocketdyne של מחלקת מדעי החלל של UAH. "התעניינותו המתמשכת בגלי אלפוון, החלה בעודו סטודנט בפקיסטן כשעבד עם המנטור שלו, ד"ר אימראן א. קאהן, הביא כעת לחקירתו של גלים אלה בקנה מידה קטן מאוד, מה שנקרא קנה מידה קינטי ב- פְּלַסמָה. עבודתו מציעה תובנות חשובות לגבי הבעיה הקריטית של האופן שבו אנרגיה בשדה מגנטי הופכת לחימום פלזמה הכוללת חלקיקים טעונים כמו פרוטונים ואלקטרונים. אחת הסיבות לכך שהעבודה של סייד חשובה היא כי אנחנו עדיין לא מבינים מדוע האטמוספירה של השמש היא יותר ממיליון מעלות, בהשוואה לפני השטח של השמש שהם 6,500 מעלות קרירים יחסית".
גלי אלפוון קינטיים – הנמצאים בשפע בכל יקום הפלזמה – הם תנודות של היונים ושל השדה המגנטי כשהם נעים בפלזמה הסולארית. הגלים נוצרים על ידי תנועות בפוטוספירה, המעטפת החיצונית של השמש המקרינה אור נראה.
"העניין העיקרי שלי בגלים האלה נוצר על ידי ההשקות של פרקר סולארית פרוב ומשימות Solar Orbiter, שהעלו את השאלה המכרעת כיצד מתחממת הקורונה הסולארית", אומר עיאז. "עד כה, אף משימת חללית לא סיפקה תחזיות לגבי תופעות אלה בקרבת השמש, במיוחד, בטווח של 0 – 10 רדיוסי שמש. ההתמקדות העיקרית שלנו היא לחקור חימום על ידי KAWs בטווחים אלה בקורונה הסולארית."
חילופים מחוממים: KAWs והעברת אנרגיה
"התמקדנו בחימום ובחילופי האנרגיה שמאפשרים KAWs", מציין החוקר. "הסיבה לעניין הרב בגלים הללו נעוצה ביכולתם להעביר אנרגיה. נתוני תצפית ממספר רב של חלליות וחקירות תיאורטיות הוכיחו באופן עקבי ש-KAWs מתפוגגים ותורמים לחימום העטרה הסולרית במהלך התפשטותם בחלל."
בגלל תכונות ייחודיות אלו, הגלים מספקים מנגנון קריטי להעברת אנרגיה, חשוב להבנת חילופי האנרגיה בין שדות אלקטרומגנטיים וחלקיקי פלזמה. "מכשירי KAW פועלים בקנה מידה קינטי קטן ומסוגלים לתמוך בתנודות שדה חשמליות ומגנטיות מקבילות, ומאפשרות העברת אנרגיה בין שדה הגל לחלקיקי הפלזמה באמצעות תופעה הנקראת אינטראקציות לנדאו", אומר Ayaz. "העבודה הנוכחית השתמשה וחוקרת את מנגנון השיכוך של לנדאו, המתרחש כאשר לחלקיקים הנעים במקביל לגל יש מהירויות דומות למהירות הפאזה של הגל."
השלכות על חקר האטמוספירה הסולארית
שיכוך לנדאו הוא ירידה אקספוננציאלית כפונקציה של הזמן של גלים מסוימים בפלזמה. "כאשר חלקיקים מקיימים אינטראקציה עם הגל, הם מקבלים/מאבדים אנרגיה – מונח שנקרא 'מצב תהודה'", אומר עיאז. "זה יכול לגרום לכך שהגל יעביר את האנרגיה שלו לחלקיקים או יקבל מהם אנרגיה, מה שגורם לחלקיקים להירטב או לגדול. המחקר שלנו מגלה כי KAWs מתפוגגים במהירות, ומעבירים לחלוטין את האנרגיה שלהם לחלקיקי פלזמה בצורה של חימום. העברת אנרגיה זו מאיצה את החלקיקים על פני מרחקים מרחביים ארוכים יותר, ומשפיעה באופן משמעותי על הדינמיקה של הפלזמה".
התובנות האנליטיות שייאספו ממחקר זה ימצאו יישום מעשי בהבנת תופעות באטמוספירה הסולארית, במיוחד לשפוך אור על התפקיד המשמעותי שמשחקים חלקיקים לא תרמיים בתהליכי החימום.
