Ruimteweerfenomeen voor het eerst waargenomen in het laboratorium – Physics World

Ruimteweerfenomeen voor het eerst waargenomen in het laboratorium – Physics World

Tijdstempel: 21 maart 2024 5:30 uur


Artistieke impressie van een plasma opgesloten in de RT-1-faciliteit. Het plasma verschijnt als een gloeiende paarse wolk in een torusvormige kamer omgeven door magnetische veldlijnen en met rode deeltjes (die elektronen op hoge temperatuur vertegenwoordigen) die witte lijnen uitzenden (die de koorgolven vertegenwoordigen).
Observatie van spontane chorus-emissie in RT-1: Wanneer het plasma opgesloten in het dipoolmagnetische veld van RT-1 een significante fractie hoge-temperatuurelektronen (rode deeltjes) bevat, vormt zich een chorus-emissie (witte emissielijnen) met een variabele frequentie (geluidshoogte) vergelijkbaar met vogelgezang. Met dank aan: Nationaal Instituut voor Fusiewetenschap

Voor het eerst zijn in het laboratorium ruimteweergebeurtenissen waargenomen die bekend staan ​​als ‘whisper mode chorus’-emissies. Deze emissies komen van nature voor in gebieden in de ruimte die worden gedomineerd door planetaire magnetische velden – magnetosferen – en houden verband met de aurorae die elke winter onze noordelijke en zuidelijke hemel verlichten. Hun exacte oorsprong wordt echter slecht begrepen, en tot nu toe omvatte het bestuderen ervan observaties van ruimtevaartuigen of numerieke simulaties. Door de omstandigheden die deze emissies veroorzaken na te bootsen, hopen onderzoekers van het Japanse Nationale Instituut voor Fusiewetenschappen en de Universiteit van Tokio deze emissies beter te begrijpen en te zien hoe deze van invloed zijn op satellieten in een baan en op elektriciteits- en communicatienetwerken op de grond.

Chorus-emissies in de Whistler-modus zijn intense, coherente golven die hoogenergetische elektronen produceren en transporteren door planetaire magnetosferen. Ze krijgen hun naam omdat hun frequenties herhaaldelijk variëren op een manier die vroege onderzoekers deed denken aan het ‘dageraadkoor’ van vogelgezang. Deze plasmagolven zijn waargenomen in de magnetosfeer van Jupiter en in het gebied dat wordt beïnvloed door het magnetische veld van de aarde, maar nooit eerder onder gecontroleerde omstandigheden in een laboratorium.

Herscheppen van plasma's van het magnetosfeertype

De eerste taak voor teamleiders Haruhiko Saitoh en Zensho Yoshida was om een ​​magnetosfeer-nabootsend magnetisch veld te creëren. Het meest fundamentele type magnetisch veld dat zich in planetaire magnetosferen vormt, is een dipoolveld, en bij de Ring Trap 1 (RT-1)-faciliteit van de Universiteit van Tokio wordt dit type veld vaak gebruikt om plasma's stabiel op te sluiten voor geavanceerde fusie-experimenten.

In hun werk, waarin ze beschrijven Nature CommunicationsSaitoh en collega's genereerden dit veld met behulp van een magnetisch zwevende supergeleidende spoel van 110 kg die zich in het vacuümvat van de RT-1 bevond. Door het vacuümvat te vullen met waterstofgas en het gas te exciteren met microgolven, creëerden ze een hoogwaardig waterstofplasma met daarin tot hoge temperaturen verwarmde elektronen. “Het creëren van een omgeving die leek op de magnetosfeer in het laboratorium was een uitdaging”, vertelt Saitoh Natuurkunde wereld, “maar RT-1 kan dit bereiken dankzij de zwevende supergeleidende spoel in een vacuümkamer.”

Chorus-emissies kunnen een universeel fenomeen zijn

De onderzoekers gebruikten magnetische sondes om te bestuderen hoe het plasma – inclusief de hete elektronencomponent – ​​fluctueert. Ze ontdekten dat het plasma spontaan fluitende golfkoor-emissies produceerde wanneer het een aanzienlijk deel hoge-temperatuurelektronen bevatte. Deze elektronen zijn verantwoordelijk voor de druk in het plasma, en het team merkte op dat het vergroten van hun aantal de vorming van kooremissies stimuleert.

Volgens de onderzoekers suggereert dit resultaat dat chorusemissies een universeel fenomeen zijn in plasma's die elektronen van hoge temperatuur bevatten binnen een eenvoudig dipoolmagnetisch veld. Dit soort plasma's komen veel voor in de georuimte, die het team definieert als “de ruimte rond de aarde die bijzonder nauw verbonden is met menselijke activiteiten”. Naarmate dergelijke activiteiten intensiveren, merken ze op, wordt de studie van magnetosferische verstoringen die aurorae kunnen veroorzaken, evenals stroom- en communicatiestoringen, belangrijker. “Chorus-emissies zijn belangrijk voor het begrijpen en mogelijk verzachten van deze effecten”, zeggen ze.

Tijdstempel:

Meer van Natuurkunde wereld