فیزیکدانان نظریه رشد موج موثر در فضا را برای کاربرد های فضایی تایید می کنند

6 ژانویه 2023 – توسط دانشگاه ناگویا -میدان مغناطیسی موجی حالت ویسلر (فلش های آبی با مارپیچ) که در امتداد میدان مغناطیسی (بنفش) منتشر می شود و با الکترون ها (قرمز) عبور می کند. اعتبار: دانشگاه توکیو

تیمی از دانشگاه ناگویا در ژاپن، برای اولین بار، انتقال انرژی از الکترون های تشدید کننده به امواج حالت سوتلر در فضا را مشاهده کردند. یافته‌های آن‌ها شواهد مستقیمی از رشد کارآمدی که قبلاً تئوری‌شده بود، همانطور که توسط نظریه رشد غیرخطی امواج پیش‌بینی شده بود، ارائه می‌دهد. این باید درک ما را نه تنها از فیزیک پلاسمای فضایی، بلکه آب و هوای فضا، پدیده ای که بر ماهواره ها تأثیر می گذارد، بهبود بخشد.

وقتی مردم فضای بیرون را تصور می کنند، اغلب آن را به عنوان یک خلاء کامل تصور می کنند. در واقع، این تصور اشتباه است زیرا خلاء با ذرات باردار پر شده است. در اعماق فضا، چگالی ذرات باردار آنقدر کم می شود که به ندرت با یکدیگر برخورد می کنند.

به جای برخورد، نیروهای مربوط به میدان های الکتریکی و مغناطیسی که فضا را پر می کنند، حرکت ذرات باردار را کنترل می کنند. این عدم برخورد در سراسر فضا اتفاق می افتد، به جز برای اجرام بسیار نزدیک آسمان، مانند ستارگان، قمرها یا سیارات. در این موارد، ذرات باردار دیگر در خلاء فضا حرکت نمی‌کنند، بلکه از طریق محیطی حرکت می‌کنند که می‌توانند به ذرات دیگر برخورد کنند.

در اطراف زمین، این فعل و انفعالات ذرات باردار، امواجی از جمله امواج الکترومغناطیسی حالت سوتلر تولید می کنند که برخی از ذرات باردار را پراکنده و شتاب می بخشد. هنگامی که شفق های پراکنده در اطراف قطب های سیارات ظاهر می شوند، ناظران نتایج برهم کنش بین امواج و الکترون ها را مشاهده می کنند. از آنجایی که میدان های الکترومغناطیسی در آب و هوای فضا بسیار مهم هستند، مطالعه این فعل و انفعالات باید به دانشمندان کمک کند تا تغییرات در شدت ذرات بسیار پرانرژی را پیش بینی کنند. این ممکن است به محافظت از فضانوردان و ماهواره ها در برابر شدیدترین اثرات آب و هوای فضا کمک کند.

تیمی متشکل از استادیار منتخب ناریتوشی کیتامورا و پروفسور یوشیزومی میوشی از موسسه علوم فضا و زمین (ISEE) در دانشگاه ناگویا، همراه با محققان دانشگاه توکیو، دانشگاه کیوتو، دانشگاه توهوکو، دانشگاه اوزاکا و آژانس اکتشافات هوافضای ژاپن (JAXA)، و چندین همکار بین‌المللی، عمدتاً از داده‌های به‌دست‌آمده با استفاده از طیف‌سنج‌های الکترونی کم‌انرژی، به نام طیف‌سنج‌های Fast Plasma Investigation-Dual Electron، در فضاپیمای چند مقیاسی مغناطیسی ناسا استفاده کردند.

آنها برهمکنش های بین الکترون ها و امواج حالت سوتلر را که توسط فضاپیما نیز اندازه گیری شد، تجزیه و تحلیل کردند. با استفاده از روشی برای استفاده از تحلیلگر برهمکنش ذرات موجی، آنها موفق شدند مستقیماً انتقال انرژی در حال انجام از الکترون های تشدید کننده به امواج حالت سوتلر را در محل فضاپیما در فضا تشخیص دهند. از این طریق، آنها نرخ رشد موج را به دست آوردند. محققان نتایج خود را در Nature Communications منتشر کردند.

مهمترین یافته این بود که نتایج مشاهده شده با این فرضیه که رشد غیرخطی در این برهمکنش رخ می دهد همخوانی دارد. کیتامورا توضیح می دهد: «این اولین باری است که کسی مستقیماً رشد کارآمد امواج در فضا را برای برهمکنش موج-ذره بین الکترون ها و امواج حالت سوتلر مشاهده می کند.

“ما انتظار داریم که نتایج به تحقیقات در مورد برهمکنش‌های مختلف موج-ذره کمک کند و همچنین درک ما از پیشرفت تحقیقات فیزیک پلاسما را بهبود بخشد. به عنوان پدیده‌های خاص‌تر، نتایج به درک ما از شتاب الکترون‌ها به انرژی‌های بالا کمک می‌کند. در کمربند تشعشعی، که گاهی به آنها «الکترون‌های کشنده» می‌گویند، زیرا به ماهواره‌ها آسیب وارد می‌کنند و همچنین الکترون‌های پرانرژی در جو را از دست می‌دهند که شفق‌های پراکنده را تشکیل می‌دهند.»