تم التكهن بالغموض الذي يحيط بأسباب الشفق القطبي ولكن لم يتم إثباته مطلقًا ، حتى الآن.
أظهرت الدراسة أن هذه الظواهر ، المعروفة أيضًا باسم موجات ألفين ، تسرع الإلكترونات إلى الأرض ، مما يتسبب في إنتاج الجسيمات للضوء الذي نعرفه باسم الشفق القطبي.
قال جريج هاوز ، مساعد استاذ في القسم. حصل على درجة الدكتوراه في الفيزياء وعلم الفلك في جامعة أيوا ومؤلف مشارك في الدراسة.
فكرة “تصفح” الإلكترونات في المجال الكهربائي هي نظرية تم تقديمها لأول مرة في عام 1946 من قبل الفيزيائي الروسي ليف لانداو ، والتي سميت لانداو التخميد. تم إثبات نظريته الآن.
إعادة تكوين الشفق القطبي
اكتشف العلماء منذ عقود كيف يُحتمل أن يكون الشفق القطبي ، لكنهم تمكنوا الآن من محاكاته ، لأول مرة ، في مختبر جهاز البلازما الكبير (LPD) في مرفق علوم البلازما الأساسي بجامعة كاليفورنيا.
استخدم العلماء غرفة يبلغ طولها 20 مترًا لإعادة إنشاء المجال المغناطيسي للأرض باستخدام ملفات المجال المغناطيسي القوية من LPD التابع لجامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس. داخل الحجرة ، أنتج العلماء بلازما مشابهة لما هو موجود في الفضاء القريب من الأرض.
قال هاوز: “باستخدام هوائي مصمم خصيصًا ، أطلقنا موجات ألفين في الجهاز ، تمامًا مثل هز خرطوم الحديقة لأعلى ولأسفل ومشاهدة الموجة تتحرك على طول الخرطوم”. عندما بدأوا في الشعور بأن الإلكترونات “تتصفح” على طول الموجة ، استخدموا أداة متخصصة أخرى لقياس كيفية سحب هذه الإلكترونات للطاقة من الموجة.
على الرغم من أن التجربة لم تعيد إنشاء البقعة الملونة التي نراها في السماء ، “اتفقت قياساتنا المختبرية بوضوح مع تنبؤات المحاكاة الحاسوبية والحسابات الرياضية ، مما يثبت أن الإلكترونات التي تتصفح موجات ألفين يمكنها تسريع الإلكترونات (تصل سرعاتها إلى 45 مليونًا). ميلا في الساعة) التي تسبب الشفق ، “قال هاوز.
قال كريج كليتزينج ، مؤلف مشارك في الدراسة: “تسمح لنا هذه التجارب بإجراء القياسات الرئيسية التي تُظهر أن القياسات المكانية والنظرية تشرح بالفعل طريقة رئيسية لخلق الشفق القطبي”.
كان علماء الفضاء في جميع أنحاء البلاد سعداء بسماع الأخبار. قال باتريك كوهن ، عالم في قسم الفيزياء الشمسية في وكالة ناسا: “لقد كنت متحمسًا للغاية! من النادر جدًا رؤية تجربة معملية تثبت صحة نظرية أو نموذج يتعلق ببيئة الفضاء”. “المساحة كبيرة جدًا بحيث لا يمكن محاكاتها بسهولة في المختبر.”
وقال كوهن إنه يعتقد أن القدرة على فهم آلية تسريع الإلكترون التي تسبب الشفق القطبي ستكون مفيدة في العديد من الدراسات في المستقبل.
“إنها تساعدنا على فهم طقس الفضاء بشكل أفضل! آلية تسريع الإلكترون التي تم التحقق منها بواسطة هذا المشروع تعمل في مكان آخر في النظام الشمسي ، لذلك ستجد العديد من التطبيقات في فيزياء الفضاء. وقال كوهن في رسالة بالبريد الإلكتروني لشبكة CNN: “سيكون مفيدًا أيضًا للتنبؤات الجوية الفضائية ، وهو أمر تهتم به وكالة ناسا جدًا”.
وطريق طويل لنقطعه
الآن وقد تم إثبات نظرية إنشاء الشفق القطبي المضيء ، لا يزال هناك طريق طويل لنقطعه للتنبؤ بقوة كل عاصفة.
قال هاوز في رسالة بالبريد الإلكتروني: “التنبؤ بقوة عاصفة مغنطيسية أرضية معينة ، استنادًا إلى ملاحظات الشمس والقياسات التي أجرتها المركبات الفضائية بين الأرض والشمس ، لا يزال يمثل تحديًا لم يتم حله”.
وأضاف: “لقد قمنا بالاتصال بالإلكترونات التي تتصفح موجات ألفين على ارتفاع 10000 ميل فوق سطح الأرض ، وعلينا الآن أن نتعلم التنبؤ بقوة موجات ألفين هذه باستخدام” ملاحظات الفضاء “.
تصحيح: أخطأت نسخة سابقة من هذه القصة في تحديد انتماء الفيزيائيين الذين كتبوا الدراسة. هم من جامعة أيوا.
