Hiện tượng thời tiết không gian lần đầu tiên được quan sát thấy trong phòng thí nghiệm – Vật Lý Thế Giới

Hiện tượng thời tiết không gian lần đầu tiên được quan sát thấy trong phòng thí nghiệm – Vật Lý Thế Giới

Dấu thời gian: Ngày 21 tháng 2024 năm 5 30:XNUMX sáng


Ấn tượng của nghệ sĩ về plasma được giữ trong cơ sở RT-1. Plasma xuất hiện dưới dạng đám mây phát sáng màu tím trong buồng hình xuyến được bao quanh bởi các đường sức từ và chứa các hạt màu đỏ (đại diện cho các electron nhiệt độ cao) đang phát ra các vạch trắng (đại diện cho sóng đồng ca)
Quan sát sự phát xạ đồng ca tự phát trong RT-1: Khi plasma nằm trong từ trường lưỡng cực của RT-1 chứa một phần đáng kể các electron nhiệt độ cao (các hạt màu đỏ), sự phát xạ đồng ca (vạch phát xạ màu trắng) hình thành với tần số thay đổi (độ cao âm thanh) tương tự như tiếng chim hót. Được phép: Viện khoa học nhiệt hạch quốc gia

Lần đầu tiên các sự kiện thời tiết không gian được gọi là phát xạ hợp xướng ở chế độ huýt sáo đã được quan sát thấy trong phòng thí nghiệm. Những phát thải này xảy ra một cách tự nhiên trong các vùng không gian bị chi phối bởi từ trường hành tinh – từ quyển – và chúng có liên quan đến cực quang chiếu sáng bầu trời phía bắc và phía nam của chúng ta vào mỗi mùa đông. Tuy nhiên, nguồn gốc chính xác của chúng vẫn chưa được hiểu rõ và cho đến nay, việc nghiên cứu chúng liên quan đến việc quan sát tàu vũ trụ hoặc mô phỏng số. Bằng cách tái tạo các điều kiện tạo ra những phát thải này, các nhà nghiên cứu tại Viện Khoa học Nhiệt hạch Quốc gia Nhật Bản và Đại học Tokyo hy vọng sẽ hiểu rõ hơn về chúng cũng như cách chúng ảnh hưởng đến các vệ tinh quay quanh cũng như mạng lưới điện và truyền thông trên mặt đất.

Sự phát xạ hợp xướng của chế độ Whistler là các sóng cường độ cao, kết hợp tạo ra và vận chuyển các electron năng lượng cao qua các từ quyển hành tinh. Chúng có tên như vậy vì tần số của chúng thay đổi liên tục theo cách khiến các nhà nghiên cứu ban đầu nhớ đến “bản hợp xướng bình minh” của tiếng chim hót. Những sóng plasma này đã được quan sát thấy trong từ quyển của Sao Mộc và trong khu vực bị ảnh hưởng bởi từ trường Trái đất, nhưng chưa bao giờ được quan sát thấy trong điều kiện được kiểm soát trong phòng thí nghiệm.

Tái tạo plasma kiểu từ quyển

Nhiệm vụ đầu tiên của trưởng nhóm Haruhiko Saitoh và Zensho Yoshida là tạo ra một từ trường mô phỏng từ quyển một cách thích hợp. Loại từ trường cơ bản nhất hình thành trong từ quyển hành tinh là trường lưỡng cực, và tại cơ sở Ring Trap 1 (RT-1) của Đại học Tokyo, loại trường này thường được sử dụng để giam giữ ổn định các plasma cho các thí nghiệm nhiệt hạch tiên tiến.

Trong công việc của họ, mà họ mô tả trong Nature CommunicationsSaitoh và các cộng sự đã tạo ra trường này bằng cách sử dụng cuộn dây siêu dẫn nặng 110 kg được nâng lên bằng từ tính đặt trong bình chân không của RT-1. Bằng cách đổ đầy khí hydro vào bình chân không và kích thích khí bằng vi sóng, họ đã tạo ra plasma hydro chất lượng cao chứa các electron được nung nóng đến nhiệt độ cao. Saitoh nói: “Việc tạo ra một môi trường tương tự như từ quyển trong phòng thí nghiệm là một thách thức”. Thế giới vật lý, “nhưng RT-1 có thể đạt được điều này nhờ cuộn dây siêu dẫn bay lên trong buồng chân không.”

Phát ra hợp xướng có thể là một hiện tượng phổ quát

Các nhà nghiên cứu đã sử dụng các đầu dò từ tính để nghiên cứu xem plasma – bao gồm cả thành phần electron nóng – dao động như thế nào. Họ phát hiện ra rằng plasma tự phát tạo ra các phát xạ đồng thanh sóng huýt sáo bất cứ khi nào nó chứa một tỷ lệ đáng kể các electron nhiệt độ cao. Những electron này chịu trách nhiệm tạo ra áp suất của plasma và nhóm nghiên cứu quan sát thấy rằng việc tăng số lượng của chúng sẽ thúc đẩy việc tạo ra sự phát xạ đồng loạt.

Theo các nhà nghiên cứu, kết quả này cho thấy sự phát xạ hợp xướng là một hiện tượng phổ biến trong các plasma chứa các electron nhiệt độ cao trong một từ trường lưỡng cực đơn giản. Plasma loại này rất phổ biến trong không gian địa chất, mà nhóm nghiên cứu định nghĩa là “không gian xung quanh Trái đất có mối liên hệ đặc biệt chặt chẽ với các hoạt động của con người”. Họ lưu ý rằng khi các hoạt động như vậy tăng cường, việc nghiên cứu các nhiễu loạn từ quyển có khả năng gây ra cực quang, cũng như mất điện và liên lạc, trở nên quan trọng hơn. Họ nói: “Sự phát thải hợp xướng rất quan trọng để hiểu và có khả năng giảm thiểu những tác động này”.

Dấu thời gian:

Thêm từ Thế giới vật lý