تم إثبات الأصل الغامض للأضواء الشمالية

قال جريج هاوز ، الأستاذ المساعد في القسم: “كشفت القياسات أن هذه المجموعة الصغيرة من الإلكترونات تخضع لـ” تسارع طنين “بواسطة المجال الكهربائي لموجة ألفين ، على غرار راكب الأمواج الذي يصطاد موجة ويتم تسريعها باستمرار مع تحرك راكب الأمواج جنبًا إلى جنب مع الموجة”. 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 الآن إثبات نظريته.

إعادة تكوين الأضواء الشمالية

لقد فهم العلماء على مدى عقود كيف يتم تكوين الشفق القطبي على الأرجح ، لكنهم تمكنوا الآن من محاكاته ، لأول مرة ، في مختبر في جهاز البلازما الكبير (LPD) في مرفق علوم البلازما الأساسي بجامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس.

استخدم العلماء حجرة بطول 20 مترًا لإعادة إنشاء المجال المغناطيسي للأرض باستخدام ملفات المجال المغناطيسي القوية على LPD بجامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس. داخل الغرفة ، أنتج العلماء بلازما مشابهة لما هو موجود في الفضاء القريب من الأرض.

قال هاوز: “باستخدام هوائي مصمم خصيصًا ، أطلقنا موجات ألفين أسفل الجهاز ، تمامًا مثل هز خرطوم الحديقة لأعلى ولأسفل بسرعة ، ومشاهدة الموجة وهي تتحرك على طول الخرطوم”. عندما بدأوا في تجربة “تصفح” الإلكترونات على طول الموجة ، استخدموا أداة متخصصة أخرى لقياس كيفية اكتساب هذه الإلكترونات للطاقة من الموجة.

على الرغم من أن التجربة لم تعيد إنشاء الوميض الملون الذي نراه في السماء ، “اتفقت قياساتنا في المختبر بوضوح مع تنبؤات من المحاكاة الحاسوبية والحسابات الرياضية ، مما يثبت أن الإلكترونات التي تتصفح على موجات ألفين يمكنها تسريع الإلكترونات (حتى سرعات تصل إلى 45 مليون ميل في الساعة) التي تسبب الشفق “، قال هاوز.

قال كريج كليتزينج ، المؤلف المشارك للدراسة: “تتيح لنا هذه التجارب إجراء القياسات الرئيسية التي تُظهر أن قياسات الفضاء ونظرياته تشرح بالفعل الطريقة الرئيسية التي يتم بها تكوين الشفق القطبي”.

كان علماء الفضاء في جميع أنحاء البلاد متحمسين لسماع 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 ببساطة أكبر من أن يتم محاكاتها بسهولة في المختبر.”

يعتقد كوهن أن القدرة على فهم آلية تسريع الإلكترونات المسببة للشفق 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. وستكون مفيدة في التنبؤ بطقس الفضاء أيضًا ، شيء ما قال كوهن في رسالة بريد إلكتروني إلى شبكة سي إن إن إن ناسا مهتمة للغاية “.

وطريق طويل لنقطعه

الآن وقد تم إثبات نظرية كيفية إنشاء الشفق القطبي المضيء ، لا يزال هناك طريق طويل لنقطعه في التنبؤ بمدى قوة كل عاصفة.

قال هاوز في رسالة بالبريد الإلكتروني: “التنبؤ بمدى قوة عاصفة مغنطيسية أرضية معينة ، بناءً على ملاحظات الشمس والقياسات من المركبات الفضائية بين الأرض والشمس ، لا يزال يمثل تحديًا لم يتم حله”.

وأضاف: “لقد أنشأنا رابطًا بين الإلكترونات التي تتصفح على موجات ألفين على ارتفاع 10000 ميل فوق سطح الأرض ، والآن يجب أن نتعلم كيفية التنبؤ بقوة موجات ألفين تلك باستخدام ملاحظات المركبات الفضائية”.