Plazma, koronadaki kapalı manyetik alan çizgileri boyunca akarak onu güneş yüzeyine doğru çekerek döngü gibi görünen yapılar oluşturur. Kredi: NASA
Caltech araştırmacıları güneş patlamalarını simüle ettiler ve yapılarının iç içe geçmiş halatlara benzediğini keşfettiler. Bu “halatlar” aşırı yüklendiğinde kopup enerji patlamaları yayarlar ve bu da gerçek güneş patlamalarının davranışına ışık tutar.
California Enstitüsü’ndeki araştırmacılar, muz büyüklüğündeki bir ölçekte güneş patlamalarını simüle ediyor. of Technology (Caltech), bu büyük patlamaların potansiyel olarak zararlı enerjik parçacıkları ve X ışınlarını evrene fırlattığı süreci analiz etti.
Korona döngüleri, güneşin yüzeyinden çıkıntı yapan, aynı hizada olan plazma kemerleridir. manyetik alan çizgileri boyunca. Manyetik alan çizgileri, yüklü parçacıklar için otoyollar gibi davranarak plazmayı oluşturan elektronların ve iyonların hareketini yönlendirir. Güneş yüzeyinin 100.000 kilometre yukarısına çıkabilen döngüler dakikalarca hatta saatlerce varlığını sürdürebiliyor. Döngüler genellikle yavaşça büyür ve gelişir, ancak bazen muazzam miktarda enerjiyi (Dünyadaki en güçlü nükleer patlamadan milyarlarca kat daha güçlü) aniden uzaya fırlatabilir. Bu ani enerji patlamasına güneş patlaması denir.
Bellan Laboratuvarı’nda simüle edilmiş bir korona döngüsü. Kredi: Caltech
Güneş Patlamalarından Kaynaklanan Potansiyel Tehditler
Parlamadaki enerjinin bir kısmı, yüksek enerjili elektromanyetik yüklü parçacıklar ve “sert X-ışınları” biçimini alır doktor muayenehanesindeki kemikleri görüntülemek için kullanılanlara benzer dalgalar. Dünyanın kendi manyetik alanı ve atmosferi, yüzeydeki yaşamı bu enerji selleri tarafından pişirilmekten koruyan bir kalkan görevi görüyor, ancak bunların iletişimi ve güç şebekelerini bozduğu biliniyor. Ayrıca uzay araçları ve uzaydaki astronotlar için de sürekli bir tehdit oluşturuyorlar.
Araştırma Yaklaşımı ve Simülasyon
Güneş patlamalarının enerjik parçacıklar ve X-ışını patlamaları ürettiği gerçeği uzun zamandır bilinmesine rağmen, bilim insanları ancak bunu yaparken kullandıkları mekanizmanın parçalarını bir araya getirmeye başlıyorlar.
Araştırmacıların döngülerin nasıl ve neden oluştuğunu ve değiştiğini çözmek için iki seçeneği var. Birincisi, güneşi gözlemlemek ve ilgili bilgiyi elde etmek için olayı yeterince ince ayrıntılarla yakalamayı ummaktır. İkincisi ise döngüleri laboratuvarda simüle etmektir. Caltech’ten uygulamalı fizik profesörü Paul Bellan ikincisini seçti.
Bellan Laboratuvarı’nda simüle edilmiş bir korona döngüsü. Kredi: Caltech
Caltech kampüsündeki Uygulamalı Fizik Laboratuvarları Thomas J. Watson, Sr.’nin birinci katındaki bir laboratuvarda Bellan, içinde çift elektrot bulunan bir vakum odası inşa etti. Bu olayı simüle etmek için, bir kapasitörü birkaç mikrosaniye boyunca Pasadena Şehri’ni çalıştırmaya yetecek enerjiyle şarj etti, ardından bunu elektrotlar aracılığıyla boşaltarak minyatür bir güneş korona döngüsü oluşturdu.
Her döngü yaklaşık 10 mikrosaniye sürer, ve yaklaşık 20 santimetre (cm) uzunluğa ve yaklaşık 1 cm çapa sahiptir. Ancak yapısal olarak Bellan’ın döngüleri gerçeğiyle aynı; bu da kendisine ve meslektaşlarına bunları simüle etme ve istediklerinde inceleme fırsatı sunuyor.
“Her deney, yaklaşık 100 watt’lık bir cihazı çalıştırmak için gereken enerji kadar enerji tüketiyor. Nature Astronomy dergisinde yakın zamanda yayınlanan güneş patlamaları üzerine yeni bir makalenin kıdemli yazarı Bellan, “Ampulün şarjı yaklaşık bir dakika sürer ve kapasitörün şarj edilmesi yalnızca birkaç dakika sürer” diyor. Bellan, saniyede 10 milyon kare çekebilen bir kamerayla her döngüyü yakalıyor ve ardından ortaya çıkan görüntüleri inceliyor.
Yeni Keşifler ve Bilgiler
Son keşifler arasında, güneş korona döngülerinin de var. tek bir yapı gibi görünmüyor, bunun yerine büyük bir ipe benzeyen fraktal örgülü şeritlerden oluşuyor.
“Bir ip parçasını parçalara ayırırsanız, onun ayrı tellerden oluşan örgülerden oluştuğunu görürsünüz.” diyor yüksek lisans öğrencisi ve Nature Astronomy makalesinin baş yazarı Yang Zhang. “Bu tek tek telleri birbirinden ayırdığınızda, bunların daha da küçük tellerden oluşan örgüler olduğunu göreceksiniz, vb. Plazma döngüleri aynı şekilde çalışıyor gibi görünüyor.”
Gerçek bir güneş patlaması (üstte) ile Bellan laboratuvarında simüle edilen patlama (altta) arasındaki yapısal benzerlikler. Katkıda bulunan: Bellan Lab
Bu yapının enerjik parçacıkların ve güneş patlamalarıyla ilişkili X-ışını patlamalarının oluşumu açısından önemli olduğu ortaya çıktı. Plazma güçlü bir elektrik iletkenidir; plazmayla dolu olan ve içinden elektrik geçtiğinde yanan neon tabelaları düşünün. Ancak çok fazla akım solar korona döngüsünden geçmeye çalıştığında yapı tehlikeye girer. Döngüde bir bükülme (tirbuşon şeklinde bir dengesizlik) gelişir ve tek tek teller kırılmaya başlar. Her yeni kopan iplik, daha sonra geri kalanların üzerine yük bindirir.
Uygulamalı bilimler alanında doktora sonrası araştırmacı araştırma görevlisi Seth Pree, “Çok sıkı gerilmiş bir elastik bant gibi, ilmek de teller kopuncaya kadar uzar ve incelir” diyor. fizik ve malzeme bilimi ve Nature Astronomy makalesinin ortak yazarı.
Korelasyonlar ve Gelecekteki Araştırmalar
Süreci mikrosaniye mikrosaniye inceleyen ekip, X- ile ilişkili negatif voltaj yükselişini fark etti. ışın tam da bir ipliğin koptuğu anda patladı. Bu voltaj artışı, su borusundaki daralma noktasında oluşan basınç düşüşüne benzer. Bu voltaj artışından kaynaklanan elektrik alanı, yüklü parçacıkları aşırı enerjiye kadar hızlandırır, ardından enerjik parçacıklar yavaşladığında X ışınları yayılır.
Ayrıca Zhang, güneş patlamalarının resimlerini taradı ve bir bükülme dengesizliğini belgelemeyi başardı. laboratuvarda oluşturulan ve sonraki X-ışını patlamasıyla ilişkilendirilen şeye benzer.
Daha sonra ekip, ayrı plazma döngülerinin nasıl birleşip farklı konfigürasyonlarda yeniden düzenlenebileceğini keşfetmeyi planlıyor. Bu tür etkileşimler sırasında enerji patlaması olaylarının da olup olmadığını öğrenmek istiyorlar.
Referans: “Çoklu örgülü plazma döngülerinden laboratuvar nanoflarelerinin üretilmesi” Yazan: Yang Zhang, Seth Pree ve Paul M. Bellan, 6 Nisan 2023, Doğa Astronomi.
DOI: 10.1038/s41550-023-01941-x
Bu araştırma, Ulusal Bilim Vakfı ve İleri Araştırma Projeleri Ajansı-Enerji ( ARPA-E).