مشاهدات جدید نشان دهنده یون های پیکاپ نزدیک زمین و تأثیر آن

مشاهدات جدید نشان دهنده یون های پیکاپ نزدیک زمین و تأثیر آن

0 نظرات

5 دقیقه

مشاهدات تازه حضور یون‌های پیکاپ نزدیک زمین را آشکار می‌کند

یک مطالعهٔ تازه به سرپرستی دکتر مایکل استارکی از مؤسسهٔ پژوهش جنوب‌غربی، نخستین مشاهدات مستقیم مأموریت Magnetospheric Multiscale (MMS) ناسا را از یون‌های پیکاپ (PUIs) و فعالیت موجی همراه در باد خورشیدی نزدیک زمین گزارش می‌دهد. این نتایج نشان می‌دهد که جمعیتی از یون‌ها که پیش‌تر کم‌توجهی شده بودند ممکن است بر گرمایش باد خورشیدی و در نهایت بر مدل‌های آب‌وهوای فضایی تأثیر بگذارند.

این تصویرِ مفهومی مگنتوسفر زمین را در حال برهم‌کنش با باد خورشیدی نشان می‌دهد. مگنتوسفر زمین از سیاره در برابر تابش‌های مضر خورشیدی و کیهانی محافظت می‌کند.

مأموریت MMS که در سال ۲۰۱۵ پرتاب شد، از چهار فضاپیمای هماهنگ تشکیل شده که میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی و جمعیت‌های پلاسما را درون و پیرامون مگنتوسفر زمین اندازه‌گیری می‌کنند. با ترکیب داده‌های میدان مغناطیسی با وضوح بالا و اندازه‌گیری‌های ذرات و تحلیل‌های نظری ناپایداری، تیم تحقیقاتی امواج پلاسما را شناسایی کرد که با رشد ناشی از PUIs سازگار است.

چگونه یون‌های پیکاپ تشکیل می‌شوند و چرا اهمیت دارند

تشکیل و نشانه‌های سرعتی

یون‌های پیکاپ زمانی به‌وجود می‌آیند که ذرات خنثی در هلیوسفر یونیده می‌شوند—توسط پرتو فرابنفش خورشیدی، برهم‌کنش بار-تبادل، یا برخوردها—و سپس توسط جریان باد خورشیدی گرفته می‌شوند. پس از یونیده شدن، این ذرات توسط میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی محیطی شتاب می‌گیرند و توزیع‌های متمایز در فضای سرعت ایجاد می‌کنند که با پروتون‌ها و الکترون‌های گرمایی باد خورشیدی تفاوت دارد.

در مشاهدات MMS، PUIs توزیع سرعتی غیرگرماییِ مشخصی نشان دادند و حضور همزمان جمعیت‌های برجسته دیگر یون‌ها یا الکترون‌های پرانرژی مشاهده نشد. نوسان‌های میدان مغناطیسی ثبت‌شده توسط MMS با پیش‌بینی‌های نظری برای رشد موج ناشی از چنین یون‌های غیرگرمایی تطابق داشت، که نشان‌دهندهٔ هم‌بستگی مستقیم بین PUIs و تولید امواج در باد خورشیدی نزدیک زمین است.

دکتر استارکی در مورد پیامدها اظهار داشت: "نتایج این مطالعه نشان می‌دهد که PUIs می‌توانند در واقع در باد خورشیدی نزدیک زمین امواج تولید کنند و نیاز به مطالعات آماری بیشتر دربارهٔ این فرایندها را تقویت می‌کند. ممکن است نقش PUIs در گرمایش و همدما شدن باد خورشیدی نزدیک زمین بیشتر از آن چه پیش‌تر تصور می‌شد باشد، که بر مدل‌های باد خورشیدی در سراسر هلیوسفر اثر قابل‌توجهی خواهد داشت."

مدلسازی، محدودیت‌ها و پیامدهای هلیوسفری

پژوهشگران جمعیت‌های جداگانهٔ یون (هستهٔ باد خورشیدی، PUIs هلیوم، PUIs هیدروژن) را مدل‌سازی کردند تا تعیین کنند کدام مؤلفه‌ها می‌توانند عامل فعالیت موجی مشاهده‌شده باشند. مدل‌سازی نشان می‌دهد که احتمالاً PUIs هلیوم و/یا هیدروژن منابع محتمل هستند، اما حساسیت ابزارها و محدودیت در تشخیص گونه‌ها مانع شناسایی قطعی نوع یون در این رخداد شد.

در دورتر از خورشید سهم نسبی چگالی PUIs افزایش می‌یابد و نقش آن‌ها در تولید موج، گرمایش پلاسما و همدما شدن مهم‌تر می‌شود. در هلیوسفر بیرونی، PUIs به‌طور چشمگیری به فشار دینامیکی باد خورشیدی کمک کرده و فرآیندهایی در شکاف توقف (termination shock) و هلیوشیت تأثیر می‌گذارند. اگر PUIs نزدیک زمین نیز تأثیرگذار باشند، همان‌طور که مشاهدات MMS نشان می‌دهد، مدل‌های فعلی تکامل باد خورشیدی و پیش‌بینی‌های آب‌وهوای فضایی ممکن است نیازمند بازبینی برای لحاظ کردن تعامل موج-ذرهٔ ناشی از PUIs باشند.

زمینهٔ مأموریت و ابزار: MMS از چهار فضاپیمای مرتب‌شده به‌صورت تتراهدری تشکیل شده که مگنِتومترها و ابزارهای ذره‌ای با تفکیک زمانی بالا را حمل می‌کنند تا فرایندهای بازترکیب و مقیاس‌های کوچک پلاسما را حل کنند. اگرچه این مأموریت برای مطالعات مگنتوسفری بهینه شده، حساسیت آن توانسته این آشکارسازی جدید امواج ناشی از PUIs را در باد خورشیدی بالادست ممکن سازد.

دیدگاه کارشناسان

دکتر النا مورالس، اخترفیزیکدانی که در زمینهٔ پلاسماهای هلیوسفری در دانشگاه کلرادو تخصص دارد، در توضیح گفت: "این نتیجه یادآور مهمی است که حتی جمعیت‌های کم‌چگال ذرات می‌توانند از طریق تولید موج، دینامیک پلاسما را شکل دهند. تایید این که چه‌چندگاه PUIs امواج را نزدیک زمین رانده‌اند، به ما خواهد گفت آیا نیاز به بازنگری مدل‌های مورد استفاده برای پیش‌بینی آب‌وهوای فضایی داریم یا خیر."

تیم تحقیقاتی خواستار گسترش بررسی‌های آماری با استفاده از MMS و مأموریت‌های مکمل (مانند Parker Solar Probe، Solar Orbiter) برای نگاشت فراوانی PUIs، ترکیب گونه‌ای آن‌ها و نقششان در گرمایش موج-ذره در فواصل مختلف هلیوسنتر است.

نتیجه‌گیری

مشاهدات MMS نخستین شواهد مستقیم را نشان می‌دهد که یون‌های پیکاپ می‌توانند در باد خورشیدی نزدیک زمین فعالیت موجی ایجاد کنند. گرچه PUIs در نزدیکی سیاره ما نسبتاً کم‌تراکم‌اند، توانایی آن‌ها در تولید امواج و مشارکت در گرمایش پلاسما می‌تواند نیاز به به‌روزرسانی مدل‌های باد خورشیدی و آب‌وهوای فضایی را ایجاب کند. برای کمّی‌سازی شیوع و تأثیر PUIs در سراسر هلیوسفر، ادامهٔ مشاهدات چندفضاپیما و مدلسازی هدفمند ضروری است.

منبع: scitechdaily

نظرات

ارسال نظر

مطالب مرتبط