เป็นครั้งแรกนักฟิสิกส์ได้ยืนยันคลื่นปริศนาที่ทำให้เกิดออโรราส

หนึ่งในสถานที่ท่องเที่ยวที่สวยงามที่สุดที่ท้องฟ้าของเราสามารถรวบรวมได้คือการเต้นของแสงออโรรัล แต่ปรากฏการณ์ที่น่าสนใจนี้ยังไม่เข้าใจอย่างสมบูรณ์

เรารู้ว่ามันผลิตโดยอนุภาคที่เป่าจากพายุพลังงานแสงอาทิตย์เร่งความเร็วตามแนวสนามแม่เหล็กของโลกไปยังละติจูดที่สูงขึ้นซึ่งพวกมันฝนตกสู่ชั้นบรรยากาศ ที่นั่นปฏิสัมพันธ์กับอนุภาคในชั้นบรรยากาศจะสร้างม่านแสงที่ระยับทั่วท้องฟ้า

ตอนนี้เป็นครั้งแรกที่นักวิทยาศาสตร์ได้แสดงและยืนยันกลไกโดยการเร่งความเร็วของอนุภาคเกิดขึ้น - โดยการจำลองกระบวนการในห้องปฏิบัติการ เช่นเดียวกับที่นักวิทยาศาสตร์คิดว่าคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพที่รู้จักกันในชื่อAlfvén Waves เร่งอิเล็กตรอนตามแนวสนามแม่เหล็ก

"ความคิดที่ว่าคลื่นเหล่านี้สามารถเติมพลังให้อิเล็กตรอนที่สร้างออโรร่ากลับมานานกว่าสี่ทศวรรษ แต่นี่เป็นครั้งแรกที่เราสามารถยืนยันได้อย่างชัดเจนว่ามันทำงานได้"Craig Kletzing นักฟิสิกส์กล่าวของมหาวิทยาลัยไอโอวา

"การทดลองเหล่านี้ช่วยให้เราทำการวัดที่สำคัญซึ่งแสดงให้เห็นว่าการวัดพื้นที่และทฤษฎีทำจริง ๆ แล้วอธิบายวิธีสำคัญในการสร้างออโรร่า"

(Austin Montelius วิทยาลัยศิลปศาสตร์และวิทยาศาสตร์มหาวิทยาลัยไอโอวา)

เรารู้จักกันเกี่ยวกับคลื่นAlfvénมาเป็นเวลานาน พวกเขาได้รับการอธิบายครั้งแรกโดยวิศวกรไฟฟ้าชาวสวีเดน Hannes Alfvénในปี 1942 - คลื่นตามขวางในของเหลวไฟฟ้าที่แพร่กระจายไปตามสายสนามแม่เหล็ก คลื่นดังกล่าวเป็นกลไกสำคัญสำหรับการขนส่งพลังงานและโมเมนตัมในMagnetohydrodynamicระบบ; นั่นคือพวกเขาสามารถเร่งอนุภาค

คลื่นAlfvénได้รับการสังเกตในสนามแม่เหล็กของโลกและยานอวกาศได้สังเกตคลื่นอัลฟ์เวนโลกเหนือออโรราส ของมันได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางคลื่นAlfvénนั้นมีบทบาทในการเร่งความเร็วอิเล็กตรอนออโรรัล - แต่การพิจารณาบทบาทที่แน่นอนนั้นค่อนข้างยุ่งยาก

ดังนั้นทีมนักวิทยาศาสตร์ที่นำโดยนักฟิสิกส์ Jim Schroeder จาก Wheaton College จึงใช้อุปกรณ์พลาสมาขนาดใหญ่ (LAPD) ที่มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียลอสแองเจลิสเพื่อดูปรากฏการณ์อย่างใกล้ชิด นี่คือห้องสูญญากาศทรงกระบอกยาว 20 เมตร (66 ฟุต) และเส้นผ่านศูนย์กลาง 1 เมตร (3.3 ฟุต) ด้วยสนามแม่เหล็กที่ทรงพลัง

LAPD (สิ่งอำนวยความสะดวกพื้นฐานด้านวิทยาศาสตร์พลาสมา/UCLA)

"การทดลองที่ท้าทายนี้จำเป็นต้องมีการวัดจำนวนประชากรอิเล็กตรอนที่มีขนาดเล็กมากที่เคลื่อนที่ลงไปที่ห้อง LAPD ด้วยความเร็วเกือบเท่ากันกับคลื่นอัลฟเวนมีจำนวนน้อยกว่าหนึ่งในพันอิเล็กตรอนในพลาสมา"ทรอยคาร์เตอร์นักฟิสิกส์กล่าวของ UCLA

ทีมสร้างคลื่นAlfvénในพลาสมาใน LAPD และวัดการกระจายความเร็วของอิเล็กตรอนพร้อมกันภายใต้เงื่อนไขที่เกี่ยวข้องกับการก่อตัวของออโรราส พวกเขาพบว่าคลื่นAlfvénถ่ายโอนพลังงานไปยังอิเล็กตรอนด้วยการสั่นพ้องกับคลื่น - ความเร็วคล้ายกับความเร็วเฟสของคลื่น

"การวัดพบว่าประชากรขนาดเล็กของอิเล็กตรอนนี้ผ่านการเร่งความเร็วด้วยเสียงเรโซแนนท์ 'โดยสนามไฟฟ้าของคลื่นอัลฟเวนซึ่งคล้ายกับนักโต้คลื่นจับคลื่นและเร่งความเร็วอย่างต่อเนื่องเมื่อนักท่องเคลื่อนที่ไปพร้อมกับคลื่น"Greg Howes นักฟิสิกส์กล่าวของมหาวิทยาลัยไอโอวา

กระบวนการนี้เรียกว่าการทำให้หมาด ๆ Landau เนื่องจากการถ่ายโอนพลังงานจากคลื่นไปยังอนุภาคทำให้คลื่นทำให้คลื่นซึ่งจะป้องกันไม่ให้เกิดความไม่แน่นอนจากการเกิดขึ้นใหม่ จากการวิเคราะห์ของทีมลายเซ็นที่ผลิตโดยความเร็วอิเล็กตรอนเป็นลายเซ็นที่รู้จักกันดีสำหรับการหน่วงของ Landau ซึ่งบ่งชี้ว่าการเร่งความเร็วการสั่นพ้องเกิดขึ้น

จากนั้นการเปรียบเทียบผลลัพธ์ของพวกเขากับโมเดลออโรร่าทีมก็สามารถแสดงให้เห็นว่าอัตราการให้พลังงานของอิเล็กตรอนนั้นสอดคล้องกับ Landau ที่ทำให้หมาด ๆ ในของจริง

"ข้อตกลงของอัตราการให้พลังงานต่ออิเล็กตรอนระหว่างการทดลองและแบบจำลอง auroral"นักวิจัยเขียน"สร้างการเชื่อมต่อขั้นสุดท้ายที่จำเป็นในการแสดงให้เราเห็นว่าเราได้ให้การยืนยันการทดลองโดยตรงว่าคลื่นอัลฟ์เวนสามารถเร่งอิเล็กตรอนที่ตกตะกอนเข้าไปในบรรยากาศรอบนอกและสร้างแสงที่น่าสนใจของออโรร่า"

การวิจัยได้รับการตีพิมพ์ในการสื่อสารธรรมชาติ-