دانشمندان چینی خورشید را با لیزر بازآفرینی کردند

رصدخانه دینامیک خورشیدی ناسا در تاریخ ۱۰ ژانویه یک شراره عظیم خورشیدی در کلاس خطرناک X را ثبت کرد. این انفجار، موادی را به فضا پرتاب کرد و تشعشعات ناشی از این شراره موجب اختلال در ارتباطات رادیویی در سراسر جنوب اقیانوس آرام شد. این طوفان طغیان خورشیدی سومین شراره در کلاس X ظرف کمتر از یک هفته بود.

قرار گرفتن یک شراره خورشیدی در کلاس X نشان دهنده قوی‌ترین شراره‌ای است که از خورشید پرتاب می‌شود.

این انفجارهای شدید، تشعشعات ناشی از انتشار انرژی مغناطیسی مرتبط با لکه‌های خورشیدی هستند که می‌توانند خطرناک باشند. به عنوان مثال، در فوریه ۲۰۲۲ شرکت اسپیس ایکس ۴۰ ماهواره ارتباطی استارلینک تازه پرتاب شده خود را به دلیل یکی از همین طوفان‌های ژئومغناطیسی ناشی از یک شراره خورشیدی از دست داد.

اکنون پژوهشگران چینی برای درک بهتر شراره‌های خورشیدی و محافظت از ماهواره‌ها و شبکه‌های برق روی زمین، برای اولین بار از لیزرهای قدرتمند برای بازسازی این انفجارهای مغناطیسی در سطح خورشید استفاده کرده‌اند.

این گروه یک اتصال مجدد مغناطیسی متلاطم را رقم زد که در آن میدان‌های مغناطیسی موازی اما غیر هم‌جهت خورشید به طور چشمگیری با هم برخورد می‌کنند، می‌شکنند و دوباره هم‌تراز می‌شوند و در این فرآیند، مقدار عظیمی از تشعشعات را به فضا پرتاب می‌کنند. این ذرات، شراره‌های خورشیدی را تشکیل می‌دهند که می‌توانند به زمین برسند.

پروفسور ژونگ جیایونگ، استاد نجوم دانش‌سرای عالی پکن و نویسنده اصلی این مطالعه گفت: ما این فرآیند اتصال مجدد نسبتاً پیچیده و پر هرج و مرج را در آزمایشگاه بازآفرینی کردیم و تغییرات رایج را در طول شراره‌های خورشیدی که توسط مأموریت‌های تلسکوپی مشاهده شده بود، نشان دادیم.

یک نسخه ساده از آزمایش اتصال مجدد مغناطیسی که سال‌ها پیش انجام شد

جیایونگ می‌گوید: شبیه‌سازی آزمایشگاهی در مقایسه با رصد تلسکوپی، اغلب قابل کنترل‌تر است و موجب صرفه‌جویی در زمان می‌شود. این کار به دانشمندان امکان می‌دهد مدل‌های قابل اعتمادتری بسازند و بهتر پیش‌بینی کنند که چه زمانی و در کجا اتصال مجدد مغناطیسی اتفاق می‌افتد.

گفتنی است که وی و گروهش از آکادمی علوم چین، دانشگاه پکن و دانشگاه جیائو تونگ شانگهای بیش از یک دهه پیش نسخه‌ای از این آزمایش را انجام داده بودند.

جیایونگ می‌گوید: ما در آن آزمایش، پارامترهای کلیدی را به درستی مقیاس‌بندی کردیم تا مطمئن شویم که با یک شراره واقعی خورشیدی در خورشید سازگار است.

آنها در سال ۲۰۱۰، اتصال مجدد مغناطیسی را با استفاده از دو لیزر پرقدرت برای فعال کردن یک فویل آلومینیومی و تولید حباب‌های پلاسما بازسازی کردند. با گسترش این حباب‌ها، میدان‌های مغناطیسی با هم برخورد کردند و اتصال مجدد مغناطیسی مشاهده شد.

ژونگ با اشاره به اینکه این پدیده خورشیدی بسیار پیچیده‌تر است، گفت آن آزمایش فقط یک نسخه ساده از اتصال مجدد مغناطیسی را تقلید کرد.

امکان تشکیل پلاسمای با دمای بالا برای آزمایش‌های مختلف

این مطالعه جدید یک منطقه تعامل بزرگ‌تر برای این تلاطم، همراه با دو برابر تعداد لیزرها و مقدار فویل آلومینیومی فراهم کرد.

جیایونگ می‌گوید: پژوهش‌ها حول این تلاطم قبلاً به یک جامعه کوچک محدود می‌شد و فقط بر جنبه‌های نظری متمرکز بود و اکنون من خوشحالم که می‌بینم پژوهش‌های تجربی درباره آن در حال انجام است.

گزارش شده است که این مرکز بازآفرینی شراره‌های خورشیدی می‌تواند پرتوهای لیزری با توانی بیش از کل خروجی شبکه‌های برق جهانی را در عرض یک میلیاردم ثانیه شلیک کند و پلاسمای با دمای بالا را برای آزمایش‌های مختلف برهمکنش لیزر-پلاسما تشکیل دهد.

این آزمایش‌ها در مرکز لیزر شن‌گوانگ ۲(ShenGuang II) در شانگهای انجام شد که از یک سیستم لیزری هشت پرتویی و یک سیستم لیزر پرانرژی چند منظوره تشکیل شده است.

نتایج این پژوهش در مجله بین المللی Nature Physics منتشر شده است.