علت قطعی شکل گیری شفق قطبی ممکن است خاتمه کشف گردد

به گزارش هنجس بلاگ، دانشمندان پیروز شدند نشانه هایی قطعی از چگونگی شکل گیری شفق قطبی بیابند که با نظریه های قبلی در این زمینه هم سازگاری دارد.

شفق قطبی یا نورهای شمالی که در آسمان مناطقی با عرض جغرافیایی زیاد دیده می شود، برای هزاران سال مردم را مجذوب خود نموده است. اگرچه تا کنون درباره چگونگی شکل گیری آن ها نظریه های زیادی بیان شده، هیچ یک به طور قطعی اثبات نشده بودند.

اما در یک مطالعه تازه، تیمی از فیزیکدانان به سرپرستی دانشگاه آیووا از شواهدی قطعی گزارش می دهند که نشان می دهد درخشان ترین شفق های قطبی به وسیله امواج الکترومغناطیسی قدرتمند در هنگام طوفان های ژئومغناطیسی شکل می گیرند. این پدیده ها که به امواج آلفوِن (Alfven) معروف هستند، الکترون ها را به سمت زمین سرعت می دهند و باعث می شوند که ذرات، نمایش آشنای نورهای جوی را ایجاد نمایند.

این مطالعه که 7 ژوئن (17 خرداد) در نشریه نیچر کامیونیکیشنز (Nature Communications) منتشر شده، نتیجه تلاشی چند دهه ای برای نشان دادن تجربی سازوکار فیزیکی شتاب گیری الکترون به وسیله امواج آلفون، در شرایط مغناطیس سپهر زمین است.

گرگ هاوز (Greg Howes) دانشیار دانشکده فیزیک آیووا و از نویسندگان این مقاله گفت: مقدار گیری ها نشان داد که این تعداد کم الکترون به وسیله میدان الکتریکی امواج آلفون تحت شتاب تشدید قرار می گیرند. مانند یک موج سوار که موجی را می گیرد و پیوسته با حرکت آن موج، شتاب می گیرد.

دانشمندان می دانند که ذرات پرانرژی خورشید، مانند الکترون هایی که تقریبا با سرعت 70 میلیون کیلومتر بر ساعت حرکت می نمایند، در امتداد خطوط میدان مغناطیسی زمین به سمت جو بالایی زمین شتاب می گیرند. در آن جا با مولکول های اکسیژن و نیتروژن برخورد و آن ها را برانگیخته می نمایند و این مولکول های برانگیخته شده با انتشار نور به حالت پایدارتر می فرایند.

این نظریه به وسیله مأموریت های فضایی هم پشتیبانی می شود زیرا این مأموریت ها همیشه امواج آلفون را شناسایی نموده اند که در بالای شفق ها به سمت زمین حرکت می نمایند و احتمالا به الکترون ها در این راستا سرعت می بخشند. با وجود اینکه مقدار گیری های فضایی از این تئوری پشتیبانی می کردند، محدودیت های ناشی از مقدار گیری های اجرا شده به وسیله فضاپیما و موشک، از انجام یک آزمایش قطعی جلوگیری نموده بود.

اما فیزیکدانان توانستند در یک سری آزمایش های اجرا شده به وسیله دستگاه عظیم پلاسما (Large Plasma Device) در تأسیسات بنیادی علوم پلاسمای دانشگاه کالیفرنیا لس آنجلس (UCLA) که یک مرکز تحقیقاتی ملی با پشتیبانی مشترک وزارت انرژی آمریکا و بنیاد ملی علوم آمریکا است، شواهد تأیید این نظریه را پیدا نمایند.

کریگ کلتزینگ (Craig Kletzing) استاد دانشکده فیزیک و نجوم دانشگاه آیووا گفت: این ایده که این امواج می توانند الکترون های ایجادنماینده شفق قطبی را تحریک نمایند، به بیش از چهار دهه پیش بازمی شود اما این نخستین بار است که می توانیم به طور قطعی تأیید کنیم که این نظریه درست است.

او اضافه نمود: این آزمایش ها به ما اجازه می دهند تا با انجام مقدار گیری هایی کلیدی، دریابیم که مقدار گیری های اجرا شده از فضا و نظریه موجود در این زمینه، در حقیقت همان روش اصلی ایجاد شفق قطبی را شرح می دهند.

پدیده الکترون های موج سوار در میدان الکتریکی یک موج، یک فرآیند نظری است که به اسم میرایی یا جذب لانداو (Landau) شناخته می شود و نخستین بار به وسیله فیزیکدان روسی لو لانداو (Lev Landau) در سال 1964 میلادی ارائه شد. در مطالعه اخیر پژوهشگران با یاری شبیه سازی های عددی و مدل سازی ریاضی نشان دادند که نتایج آزمایش آن ها با امضای پیش بینی شده برای جذب لانداو مطابقت دارد.

تروی کارتر (Troy Carter) استاد فیزیک UCLA و مدیر مؤسسه علوم و فناوری پلاسمای این دانشگاه اظهار داشت که تطابق آزمایش، شبیه سازی عددی و مدل سازی، نخستین شواهد مستقیمی است که نشان می دهد امواج آلفون می توانند باعث شتاب گیری الکترون ها و در نتیجه ایجاد شفق قطبی شوند.

او گفت: این آزمایش چالش برانگیز به مقدار گیری تعداد بسیار کمی الکترون، کمتر از یک الکترون به ازای هر هزار الکترون امواج پلاسما، احتیاج داشت که در اتاق LPD با سرعت تقریبا یکسان با امواج آلفون رو به پایین حرکت می کردند.

عکس کاور: طرحی گرافیکی از آزمایش پژوهشگران دانشگاه آیووا که با مقدار گیری های فضاپیماها از شفق قطبی مطابقت دارد.

Credit: Austin Montelius, University of Iowa

منبع: Phys.Org