آزمایش‌های لیزری فیزیک شعله‌های خورشیدی را بازسازی می‌کنند و نرخ‌های اتصال مجدد مغناطیسی ثابت را نشان می‌دهند

ویرایش شده توسط Sadie Harley، بررسی توسط Robert Egan

این مقاله با توجه به روند و سیاست های ویرایشی Science X بررسی شده است. ویراستاران ضمن اطمینان از اعتبار محتوا، ویژگی های زیر را برجسته کرده اند:

اتصال مجدد مغناطیسی فرآیندی است که زمانی اتفاق می‌افتد که میدان‌های مغناطیسی یک پلاسمای رسانا به سرعت بازآرایی می‌شوند و مقادیر عظیمی از انرژی مغناطیسی ذخیره شده را آزاد می‌کنند. به طور گسترده تصور می شود که مکانیسم زیربنایی پشت رویدادهای کیهانی مانند شراره های خورشیدی و طوفان های فرعی در مغناطیس کره زمین باشد.

اکنون، محققان دانشگاه کیوشو از لیزرهای پرقدرت برای بازسازی و بررسی این پدیده فیزیکی گیج‌کننده اتصال مجدد مغناطیسی در یک محیط کنترل‌شده استفاده کرده‌اند. نتایج آنها نشان می دهد که اتصال مجدد مغناطیسی سریع توسط فیزیک محلی لایه اتصال مجدد به جای ویژگی های پلاسمای اطراف کنترل می شود.

به طور خلاصه، اتصال مجدد مغناطیسی شامل اتصال و اتصال مجدد خطوط میدان مغناطیسی است که هنگام برخورد دو جریان پلاسما در جهت مخالف قرار می گیرند و باعث گرم شدن پلاسما و جریان خروجی پلاسما با سرعت بالا می شود.

اگرچه دانشمندان اتصال مجدد مغناطیسی را از طریق مشاهدات فضایی و شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای مطالعه کرده‌اند، اما سؤالات مهم بی‌پاسخ مانده‌اند. به طور خاص، مشخص نبود که فرآیند اتصال مجدد تا چه حد به شرایط پلاسما در حال جریان به منطقه اتصال مجدد بستگی دارد. درک این رابطه می تواند به توضیح اینکه چرا به نظر می رسد نرخ اتصال مجدد مغناطیسی یک مقدار "جهانی" دارد کمک کند.

در مطالعه حاضر، یک تیم تحقیقاتی به سرپرستی دانشیار تایچی موریتا از دانشکده علوم مهندسی دانشگاه کیوشو، با همکاری محققان دانشگاه اوزاکا، از لیزر برای تولید پلاسمای متقابل و بررسی فرآیندهای اتصال مجدد مغناطیسی آنها استفاده کردند.

این مطالعه در مجله Physical Review E منتشر شد.

این تیم با استفاده از لیزر Gekko-XII در دانشگاه اوزاکا، پرتوهای لیزری پرقدرت را به دو نقطه مجزا روی یک هدف کربنی شلیک کردند و دو ابر پلاسمایی در حال گسترش را تولید کردند. با برخورد دو پلاسما، میدان های مغناطیسی آنها دوباره به هم وصل شد.

با تغییر فاصله بین دو نقطه لیزری، محققان می‌توانند چگالی و شرایط میدان مغناطیسی را که در ناحیه اتصال مجدد جریان می‌یابد، به طور قابل‌توجهی تغییر دهند. برای پیگیری این فرآیند، آنها یک سیستم پراکندگی لیزری دو جهته تامسون را توسعه دادند که نور لیزر پراکنده شده توسط پلاسما را برای اندازه‌گیری خواصی مانند دما، چگالی و جریان تجزیه و تحلیل می‌کند.

نتایج نشان می‌دهد که حتی اگر تاریخچه انبساط و حمل و نقل میدان‌های مغناطیسی و زمان‌بندی اتصال مجدد به طور قابل‌توجهی متفاوت بود، نرخ‌های اتصال مجدد پس از تشکیل یک صفحه جریان به طرز چشمگیری مشابه بودند.

موریتا گفت: «مطالعه ما شواهد تجربی برای استحکام فرآیند اتصال مجدد مغناطیسی با نشان دادن اینکه اتصال مجدد سریع می‌تواند با سرعت‌های مشابهی با وجود شرایط بالادستی متفاوت رخ دهد، ارائه می‌کند.»

محققان همچنین چگونگی تقسیم انرژی مغناطیسی آزاد شده را بین گرم کردن پلاسما و شتاب دادن به آن به جریان‌های پرسرعت تقسیم کردند. موریتا گفت: "تکنیک های اندازه گیری ایجاد شده در این مطالعه اکنون امکان ارزیابی کمی نرخ اتصال مجدد مغناطیسی و تبدیل انرژی آن را فراهم می کند."

یافته‌ها معیارهای تجربی را ارائه می‌کنند که می‌توانند برای آزمایش مدل‌های نظری و شبیه‌سازی‌های عددی اتصال مجدد مغناطیسی استفاده شوند. این تیم قصد دارد این آزمایش‌ها را به شرایطی گسترش دهد که شباهت بیشتری به آن‌هایی که در پلاسماهای فضایی یافت می‌شوند، از جمله مواردی با میدان‌های مغناطیسی مورب و جریان‌های پلاسما نامتقارن.

موریتا نتیجه گرفت: "مطالعه ما به شواهد تجربی در مورد یکی از مشکلات اصلی حل نشده در فیزیک اتصال مجدد مغناطیسی کمک می کند. درک بهبود یافته از اتصال مجدد مغناطیسی به پیش بینی رویدادهای آب و هوای فضا که بر ماهواره ها، سیستم های ارتباطی، فناوری های ناوبری و زیرساخت های برق تاثیر دارند کمک می کند."

تی موریتا و همکاران، مشخص کردن تکامل زمانی اتصال مجدد مغناطیسی مبتنی بر باتری بیرمن در پلاسمای قطع شده با لیزر، بررسی فیزیکی E (2026). DOI: 10.1103/2b4s-5m1n. در arXiv : arxiv.org/abs/2608.19591

اطلاعات مجله: Physical Review E , arXiv

کارشناسی علوم زیستی و اکولوژی. پیشینه آزمایشگاه میکروبیولوژی با تجربه اخبار دارویی در صنایع نفت، گاز و تجدیدپذیر. نمایه کامل →

لیسانس زیست شناسی ریاضی، کارشناسی ارشد در نوشتن خلاق. خوش سفر با دیدگاه های منحصر به فرد در علم و زبان. نمایه کامل →