چشمانتان را ببندید و پیچ‌وتاب دود یک عود را تصور کنید: نواری باریک که ناگهان خم می‌شود، حلقه می‌زند و در آشوب محو می‌شود. حالا تصور کنید همین نوار از ذرات باردار و میدان‌های مغناطیسی ساخته شده و در گستره‌ای به طول میلیون‌ها کیلومتر کشیده شده است. این همان باد خورشیدی است، آشفتگی در مقیاسی عظیم، نامنظم و زیبا، اما نه آن‌قدر تصادفی که پیش‌تر تصور می‌کردیم.
پلاسمای فضایی با هوا تفاوت دارد. ذرات آن به ندرت با یکدیگر برخورد می‌کنند. نیروهای الکتریکی و مغناطیسی، نه اصطکاک، حرکت را تعیین می‌کنند. چندین دهه است که فیزیک‌دانان در تلاش‌اند بفهمند آشفتگی در چنین محیطی بدون برخورد چگونه رفتار می‌کند: آیا انرژی را به شکلی یکنواخت پخش می‌کند یا ساختاری پنهان در دل آن وجود دارد؟ اندازه‌گیری‌های تازه کاوشگر خورشیدی پارکر ناسا الگویی شگفت‌انگیز را درون این بی‌نظمی ظاهری آشکار کرده است.
پژوهشگران با استفاده از ابزارهای فوق‌دقیق مغناطیسی و ذره‌ای دریافتند که شیوه پیچش و چرخش میدان‌های مغناطیسی با تغییر مقیاس عوض می‌شود. در مقیاس‌های بزرگ‌تر، جایی که پلاسما مانند یک سیال جریان دارد، بردارهای میدان معمولا به یک جهت می‌چرخند. اما اگر بزرگ‌نمایی کنیم، جهت ترجیحی این چرخش وارونه می‌شود. چرخش‌های چپ‌گرد به چرخش‌های راست‌گرد تبدیل می‌شوند. این وارونگی مرزی را نشان می‌دهد که در آن گردابه‌های شبیه به سیال جای خود را به دینامیکی می‌دهند که رفتار ذرات منفرد بر آن حاکم است.
وارونگی چرخش میدان از چرخش چپ‌گرد (آبی) به چرخش راست‌گرد (قرمز)، که روی طیف فرکانسی (محور y) در برابر فاصله از خورشید (محور x) ترسیم شده است. این تحلیل بر پایه داده‌های کاوشگر خورشیدی پارکر انجام شده است. فرکانس پایین در طیف با طول موج بلند متناظر است.
این اثر ظریف است، اما در داده‌ها به روشنی دیده می‌شود. وارونگی در طول موجی مشخص ظاهر می‌شود و هرچه کاوشگر از خورشید دورتر می‌شود، این تغییر جهت آشکارتر شده و به طول موج‌های بلندتر منتقل می‌شود. به بیان دیگر، مقیاسی که در آن رفتار ذره‌ای بر پلاسما غالب می‌شود با افزایش فاصله از خورشید بزرگ‌تر می‌شود و تصویری از تکامل آشفتگی در سراسر هلیوسفر ارائه می‌دهد.
این یافته‌ها حاصل کار یک آزمایشگاه واحد نیست. این پژوهش نتیجه همکاری بین‌المللی به رهبری پژوهشگران دانشگاه فنی براونشوایگ و دانشگاه توکیو است و همکارانی از مؤسسات علمی در ده کشور در آن مشارکت داشته‌اند. مقاله آن‌ها در مجله The Astrophysical Journal Letters در سال ۲۰۲۶ منتشر شده است.
چرا این موضوع اهمیت دارد؟ آشفتگی در باد خورشیدی تعیین می‌کند انرژی چگونه در فضای میان‌سیاره‌ای جابه‌جا می‌شود. این آشفتگی بر شوک‌ها و ابرهای مغناطیسی ناشی از فوران‌های خورشیدی اثر می‌گذارد و کمک می‌کند مشخص شود این اختلال‌ها چگونه با مگنتوسفر زمین برهم‌کنش دارند. مدل‌های دقیق‌تر از آمیختگی آشفته و رفتار وابسته به مقیاس می‌توانند پیش‌بینی طوفان‌های ژئومغناطیسی و آب و هوای فضایی را بهبود دهند، موضوعی که برای ماهواره‌ها، شبکه‌های برق و فضانوردان پیامدهای مهمی دارد.
فراتر از همسایگی کیهانی ما، این نتیجه به فیزیک بنیادی پلاسما و جریان‌های اخترفیزیکی در همه‌جا مربوط می‌شود: از گاز داغی که در قرص‌های برافزایشی گسترده شده تا پلاسماهای رقیق میان ستارگان. حرکتی که پیش‌تر آشفته به نظر می‌رسید، اکنون رقصی پنهان را نشان می‌دهد؛ رقصی که با تغییر زاویه دید و مقیاس مشاهده، دگرگون می‌شود.
باد خورشید آشفته است، اما نظمی پنهان را در خود نگه می‌دارد؛ کشف این نظم گامی به سوی پیش‌بینی طوفان‌هایی است که به سوی زمین می‌فرستد.
.avif)
نظر بگذارید
نظرات
هنوز نظری ثبت نشده. اولین نفر باشید.