چرا تاج خورشید از سطح آن داغ‌تر است؟

1

یک مطالعه اخیر به رهبری سید ایاز، دستیار تحقیقاتی فارغ‌التحصیل در دانشگاه آلاباما در هانتسویل (UAH)، به بررسی امواج آل‌فین کینتیک و نقش احتمالی آنها در گرم کردن تاج خورشید پرداخته است.

تحقیقات ایاز تحت هدایت مرکز تحقیقات پلاسمای فضایی و هواشناسی (CSPAR)، به معمای دیرینه‌ای می‌پردازد که چرا تاج خورشید – اتمسفر بیرونی خورشید – به طور قابل توجهی داغ‌تر از سطح خورشید است.

ایاز گفت: مکانیسم پشت گرم شدن تاج خورشید “دهه‌هاست که امواج آل‌فین به عنوان بهترین گزینه‌ها برای انتقال انرژی از یک مکان به مکان دیگر شناخته شده‌اند”.

“این مقاله از رویکردی جدید برای مدل‌سازی ذرات پرانرژی در پلاسمای فضایی، همان‌طور که توسط ماهواره‌هایی مانند وایکینگ و فریجا مشاهده شده است، استفاده می‌کند تا پاسخ دهد که چگونه انرژی الکترومغناطیسی امواج، با تعامل با ذرات، به گرما تبدیل می‌شود در طی فرآیند دمپینگ هنگامی که امواج در فضا حرکت می‌کنند.”

این انتقال انرژی می‌تواند برای درک مکانیسم پشت گرم شدن تاج خورشید حیاتی باشد، زیرا این امواج ممکن است انرژی را از میدان‌های مغناطیسی خورشید به پلاسمای تاج منتقل کنند و دمای آن را افزایش دهند.

گرمای گیج‌کننده تاج خورشید این مطالعه عمدتاً بر روی میدان‌های الکترومغناطیسی متلاطم، بردار شار پونتینگ و نرخ تحویل توان امواج آل‌فین کینتیک در اتمسفر خورشید تمرکز دارد.

تاج خورشید حدود هشت میلیون کیلومتر بالاتر از سطح خورشید گسترش می‌یابد و گیج‌کننده است زیرا به دماهایی بیش از یک میلیون درجه کلوین می‌رسد که به طور چشمگیری بیشتر از دمای سطح خورشید که تقریباً ۶۵۰۰ درجه است.

اهمیت مطالعه دکتر گری زانک، مدیر CSPAR و رئیس بخش علوم فضایی UAH، بر اهمیت کار ایاز تأکید کرد.

“سید یکی از دانشجویان برجسته ما است که تازه کار تحقیقاتی خود را آغاز کرده است. علاقه مداوم او به امواج آل‌فین اکنون منجر به تحقیقات وی در مورد این امواج در مقیاس‌های بسیار کوچک، به اصطلاح مقیاس کینتیک در پلاسما شده است.”

دکتر زانک اشاره کرد که این تحقیق بینش‌های مهمی را در مورد مسئله حیاتی چگونگی تبدیل انرژی در میدان مغناطیسی به گرما در پلاسمای متشکل از ذرات باردار مانند پروتون‌ها و الکترون‌ها ارائه می‌دهد.

نقش امواج آل‌فین کینتیک امواج آل‌فین کینتیک (KAWs) نوسانات یون‌ها و میدان‌های مغناطیسی در پلاسمای خورشید هستند که از حرکات در فتوسفر، لایه بیرونی خورشید که نور مرئی را منتشر می‌کند، ناشی می‌شوند. این امواج در فرآیند انتقال انرژی در محیط‌های پلاسما بسیار مهم هستند.

“علاقه اصلی من به این امواج با پرتاب مأموریت‌های Parker Solar Probe و Solar Orbiter جرقه زد که سوال مهمی را در مورد چگونگی گرم شدن تاج خورشید مطرح کرد,” ایاز گفت.

تیم تحقیقاتی بر چگونگی تسهیل KAWs در گرم شدن و تبادل انرژی درون تاج تمرکز کرد. مشاهدات از فضاپیماهای مختلف و مطالعات نظری به طور مداوم نشان داده‌اند که KAWs در هنگام حرکت در فضا دفع می‌شوند و به گرم شدن تاج خورشید کمک می‌کنند.

انتقال انرژی به ذرات پلاسما امواج آل‌فین کینتیک در مقیاس‌های کینتیک کوچک عمل می‌کنند و قادر به پشتیبانی از نوسانات میدان الکتریکی و مغناطیسی موازی هستند که به آنها اجازه می‌دهد انرژی را به ذرات پلاسما منتقل کنند.

ایاز اشاره کرد: “کار حاضر از مکانیزم دمپینگ لاندو استفاده می‌کند و آن را بررسی می‌کند، که زمانی رخ می‌دهد که ذراتی که موازی با موج حرکت می‌کنند دارای سرعت‌هایی مشابه با سرعت فاز موج هستند”.

مکانیزم دمپینگ لاندو اجازه می‌دهد تا کاهش نمایی در شکل‌های موج خاص در پلاسما رخ دهد، یا انرژی را از موج به ذرات یا بالعکس انتقال دهد، بسته به تعامل آنها.

یافته‌های مطالعه نشان می‌دهد که KAWs به سرعت دفع می‌شوند و انرژی خود را به ذرات پلاسما منتقل می‌کنند که سپس آنها را در فواصل بزرگ شتاب می‌دهند. این انتقال انرژی تاثیرات قابل توجهی بر دینامیک پلاسمای خورشید دارد و به گرم شدن کلی تاج کمک می‌کند.

دینامیک انرژی درون تاج خورشید بینش‌های حاصل از این تحقیق برای درک فرآیندهای پیچیده در اتمسفر خورشید ضروری هستند.

این مطالعه دانش ما را در مورد دینامیک انرژی درون تاج خورشید گسترش می‌دهد و چارچوبی برای تحقیقات آینده در زمینه پدیده‌های هواشناسی خورشیدی و فضایی ارائه می‌دهد.

کار ایاز، که توسط CSPAR و بخش علوم فضایی حمایت شده است، نمایانگر یک گام مهم به جلو در تحقیقات هلیوفیزیک است و کاربردهای بالقوه‌ای در درک رفتار پلاسم‌ها در محیط‌های اخترفیزیکی مختلف دارد.

“بینش‌های تحلیلی به دست آمده از این مطالعه کاربرد عملی در درک پدیده‌های درون اتمسفر خورشید دارند، به ویژه با روشن کردن نقش مهم ذرات غیرحرارتی در فرآیندهای گرم شدن مشاهده شده,” محققان نتیجه‌گیری کردند.