ปรากฏการณ์สภาพอากาศในอวกาศที่พบในห้องปฏิบัติการเป็นครั้งแรก – โลกฟิสิกส์

ปรากฏการณ์สภาพอากาศในอวกาศที่พบในห้องปฏิบัติการเป็นครั้งแรก – โลกฟิสิกส์

ประทับเวลา: 21 มีนาคม 2024 5:30 น


ความประทับใจของศิลปินเกี่ยวกับพลาสมาที่ถูกกักขังอยู่ในโรงงาน RT-1 พลาสมาปรากฏเป็นเมฆสีม่วงเรืองแสงภายในห้องวงแหวนที่ล้อมรอบด้วยเส้นสนามแม่เหล็กและมีอนุภาคสีแดง (แทนอิเล็กตรอนอุณหภูมิสูง) ที่เปล่งเส้นสีขาว (แทนคลื่นคอรัส)
การสังเกตการปล่อยคอรัสที่เกิดขึ้นเองใน RT-1: เมื่อพลาสมาที่ถูกกักขังอยู่ในสนามแม่เหล็กไดโพลของ RT-1 มีเศษส่วนสำคัญของอิเล็กตรอนอุณหภูมิสูง (อนุภาคสีแดง) การเปล่งคอรัส (เส้นปล่อยสีขาว) จะเกิดขึ้นพร้อมกับความถี่ที่แปรผันได้ (ความสูงของเสียง) คล้ายเสียงนกร้อง ขอขอบคุณ: สถาบันวิทยาศาสตร์ฟิวชั่นแห่งชาติ

เหตุการณ์สภาพอากาศในอวกาศที่เรียกว่าการปล่อยคอรัสโหมดวิสต์เลอร์ได้รับการสังเกตในห้องปฏิบัติการเป็นครั้งแรก การปล่อยก๊าซเรือนกระจกเหล่านี้เกิดขึ้นตามธรรมชาติภายในบริเวณพื้นที่ซึ่งถูกครอบงำโดยสนามแม่เหล็กของดาวเคราะห์ - สนามแม่เหล็ก - และพวกมันเกี่ยวข้องกับแสงออโรร่าที่ส่องสว่างท้องฟ้าทางเหนือและใต้ของเราทุกฤดูหนาว อย่างไรก็ตาม ต้นกำเนิดที่แท้จริงของพวกมันยังไม่เป็นที่เข้าใจ และจนถึงขณะนี้ การศึกษาพวกมันเกี่ยวข้องกับการสังเกตการณ์ยานอวกาศหรือการจำลองเชิงตัวเลข ด้วยการสร้างเงื่อนไขที่ก่อให้เกิดการปล่อยก๊าซเหล่านี้ขึ้นใหม่ นักวิจัยจากสถาบันวิทยาศาสตร์ฟิวชั่นแห่งชาติของญี่ปุ่นและมหาวิทยาลัยโตเกียวหวังว่าจะเข้าใจเงื่อนไขเหล่านี้ได้ดีขึ้น และผลกระทบที่สิ่งเหล่านี้ส่งผลต่อการโคจรของดาวเทียม ตลอดจนเครือข่ายพลังงานและการสื่อสารภาคพื้นดิน

การปล่อยคอรัสในโหมดวิสต์เลอร์เป็นคลื่นที่รุนแรงและต่อเนื่องกันซึ่งสร้างและขนส่งอิเล็กตรอนพลังงานสูงผ่านสนามแม่เหล็กของดาวเคราะห์ พวกเขาได้ชื่อนี้เพราะว่าความถี่ของพวกมันแปรผันซ้ำแล้วซ้ำเล่าในลักษณะที่ทำให้นักวิจัยในยุคแรกนึกถึง "เพลงประสานเสียงยามรุ่งอรุณ" ของเสียงนก คลื่นพลาสมาเหล่านี้ถูกตรวจพบในสนามแม่เหล็กของดาวพฤหัสบดีและในบริเวณที่ได้รับผลกระทบจากสนามแม่เหล็กของโลก แต่ไม่เคยพบเห็นมาก่อนภายใต้สภาวะที่ได้รับการควบคุมในห้องปฏิบัติการ

การสร้างพลาสมาประเภทแมกนีโตสเฟียร์ขึ้นมาใหม่

ภารกิจแรกสำหรับผู้นำทีม ฮารุฮิโกะ ไซโตะ และ เซนโช โยชิดะ คือการสร้างสนามแม่เหล็กที่เลียนแบบสนามแม่เหล็กอย่างเหมาะสม สนามแม่เหล็กชนิดพื้นฐานที่สุดที่ก่อตัวในสนามแม่เหล็กของดาวเคราะห์คือสนามไดโพล และที่ศูนย์ Ring Trap 1 (RT-1) ของมหาวิทยาลัยโตเกียว สนามประเภทนี้มักใช้เพื่อจำกัดพลาสมาอย่างเสถียรสำหรับการทดลองฟิวชันขั้นสูง

ในงานของพวกเขาซึ่งพวกเขาอธิบายไว้ในนั้น การสื่อสารธรรมชาติSaitoh และเพื่อนร่วมงานสร้างสนามนี้ขึ้นมาโดยใช้คอยล์ตัวนำยิ่งยวดที่ลอยได้ด้วยแม่เหล็กน้ำหนัก 110 กิโลกรัม ซึ่งอยู่ภายในภาชนะสุญญากาศของ RT-1 ด้วยการเติมก๊าซไฮโดรเจนในภาชนะสุญญากาศและกระตุ้นก๊าซด้วยไมโครเวฟ พวกเขาจึงสร้างพลาสมาไฮโดรเจนคุณภาพสูงที่ประกอบด้วยอิเล็กตรอนที่ถูกให้ความร้อนที่อุณหภูมิสูง “การสร้างสภาพแวดล้อมที่คล้ายกับสนามแม่เหล็กในห้องปฏิบัติการถือเป็นเรื่องท้าทาย” Saitoh กล่าว โลกฟิสิกส์“แต่ RT-1 สามารถบรรลุเป้าหมายนี้ได้ด้วยขดลวดตัวนำยิ่งยวดที่ลอยได้ในห้องสุญญากาศ”

การปล่อยคอรัสอาจเป็นปรากฏการณ์สากล

นักวิจัยใช้หัววัดแม่เหล็กเพื่อศึกษาว่าพลาสมารวมทั้งส่วนประกอบอิเล็กตรอนร้อนมีความผันผวนอย่างไร พวกเขาพบว่าพลาสมาสร้างการปล่อยคอรัสคลื่นวิสต์เลอร์ตามธรรมชาติเมื่อใดก็ตามที่มีอิเล็กตรอนอุณหภูมิสูงในสัดส่วนที่มีนัยสำคัญ อิเล็กตรอนเหล่านี้รับผิดชอบต่อความดันของพลาสมา และทีมงานตั้งข้อสังเกตว่าการเพิ่มจำนวนของพวกมันจะกระตุ้นให้เกิดการปล่อยคอรัส

ตามที่นักวิจัย ผลการวิจัยนี้ชี้ให้เห็นว่าการปล่อยคอรัสเป็นปรากฏการณ์สากลในพลาสมาซึ่งมีอิเล็กตรอนอุณหภูมิสูงอยู่ภายในสนามแม่เหล็กไดโพลธรรมดา พลาสมาประเภทนี้พบได้ทั่วไปใน geospace ซึ่งทีมงานให้คำจำกัดความว่าเป็น "พื้นที่รอบโลกที่เชื่อมโยงอย่างใกล้ชิดกับกิจกรรมของมนุษย์" เมื่อกิจกรรมดังกล่าวเข้มข้นขึ้น พวกเขาตั้งข้อสังเกตว่า การศึกษาการรบกวนของสนามแม่เหล็กที่สามารถทำให้เกิดแสงออโรร่า รวมถึงความล้มเหลวด้านพลังงานและการสื่อสาร มีความสำคัญมากขึ้น “การปล่อยคอรัสมีความสำคัญต่อการทำความเข้าใจและอาจบรรเทาผลกระทบเหล่านี้” พวกเขากล่าว

ประทับเวลา:

เพิ่มเติมจาก โลกฟิสิกส์