شبیه‌سازی پیچ و تاب‌های باد خورشیدی

شاید در زمان خواندن این نوشته در حال قهوه خوردن باشید. نوشیدنی‌تان را که با قاشق به هم می‌زنید تاوه‌هایی (پیچاب‌هایی) در آن درست می‌شود که وامی‌پاشند و به گیژاوهای کوچک‌تر (گرداب‌های کوچک با جهت مخالف) تبدیل می‌شوند و سرانجام به کلی ناپدید می‌گردند. این را می‌توان به عنوان آبشاری از تاوه‌های بزرگ به کوچک توصیف کرد. افزون بر این، حرکت قاشق باعث می‌شود مایع داغ با هوای خنک تماس پیدا کند و گرما بهتر بتواند از آن به هوا گریزد و در نتیجه خنک شود.

یک چنین پدیده‌ای در فضا هم رخ می‌دهد، در ذرات اتمی بارداری که از خورشید بیرون می‌زنند و به نام پلاسمای باد خورشیدی شناخته می‌شوند، ولی با یک تفاوت کلیدی: در فضا هوایی نیست. انرژی‌ای که خورشید به بادهایش داده به آبشارهایی از آشفتگی‌های کوچک‌تر منتقل می‌شود، درست مانند قهوه‌ی ما، ولی دمای پلاسما به جای کاهش، رو به افزایش می گذارد زیرا هوای خنکی در کار نیست که جلوی بالا رفتنش را بگیرد.

این که پلاسمای باد خورشیدی دقیقا چگونه داغ می‌شود خودش یک موضوع داغ در دانش فیزیک فضاست، زیرا داغ‌تر از چیزیست که برای یک گازِ گسترنده انتظار می‌رود و تقریبا هیچ برخوردی هم وجود ندارد. دانشمندان دلیل احتمالی این گرمایش را در سرشت متلاطم پلاسمای باد خورشیدی دانسته‌اند.

شبیه‌سازی‌های ابررایانه‌ای پیشرفته می‌توانند در بررسی این حرکت‌های پیچیده به ما کمک کنند: تصویری که اینجا می‌بینید نمایی ثابت از یکی از همین شبیه‌سازی‌هاست. در اینجا پراکندگی (توزیع) چگالی جریان در پلاسمای پرآشوب باد خورشیدی را می‌بینیم. رشته‌ها و تاوه‌های موضعی به عنوان دستاورد آبشار انرژی متلاطم پدید آمده‌اند. رنگ‌های آبی و زرد شدیدترین جریان‌ها را نشان می‌دهند (آبی مقدارهای منفی و زرد مقدارهای مثبت).

این ساختارهای همدوس ایستا نیستند، بلکه با گذشت زمان دگرگون شده و با هم برهمکنش انجام می‌دهند. افزون بر این، میان نقاط برخورد، جریان بسیار شدید می‌شود، مناطقی از تنش مغناطیسیِ بالا پدید می‌آید و پدیده‌ای به نام بازپیوند مغناطیسی رخ می‌دهد؛ هنگامی که خطوط مغناطیسی با جهت مخالف، به هم می‌رسند می‌توانند به طور ناگهانی پیکره‌بندی تازه‌ای یافته و انرژی سهمگینی آزاد کنند که این می‌تواند به گرمایشی موضعی بیانجامد. [تصویر دوم را ببینید]

چگونگی رخ دادن بازپیوند مغناطیسی که در اثر برخورد دو خط میدان مغناطیسی که جهت مخالف هم دارند.

چنین رفتارهایی در فضا هم دیده شده‌اند، برای نمونه، ماهواره‌های اروپایی چهارقلوی کلاستر (Cluster) که در مدار زمین‌اند چنین پدیده‌هایی را در باد خورشیدی مشاهده می‌کند. کلاستر همچنین شواهدی از گیژاوهای آشفته به بزرگی دستکم ده‌ها کیلومتر یافته که در اثر برخورد باد خورشیدی به میدان مغناطیسی زمین پدید می‌آیند.

این آبشار انرژی می‌تواند در گرمایش کلی باد خورشیدی نقش داشته باشد، موضوعی که خورشیدگرد آینده‌ی سازمان فضایی اروپا، فضاپیمای سولار اوربیتر Solar Orbiter) هم به بررسی‌اش خواهد پرداخت.

در این میان، از بررسی آبشارهای آشفته‌ی تاوه‌ها در قهوه‌ی خود لذت ببرید!

در همین زمینه: * بادهای خورشید پیچنده و گردابی هستند

--------------------------------------------

تلگرام یک ستاره در هفت آسمان:

telegram.me/onestar_in_sevenskies

twitter.com/1star_7sky

واژه‌نامه:

vortex - eddy - cascade - electrically charged - atom - solar wind - plasma - Sun - space physics - supercomputer simulation - current density - magnetic stress - magnetic reconnection - magnetic field line - ESA - Cluster quartet - Solar Orbiter

منبع: esa

برگردان: یک ستاره در هفت آسمان