وبلاگ

اختلال انفجاری ناشی از یک جت مافوق صوت را تصور کنید. چنین موج ضربه ای زمانی رخ می دهد که ذرات زیر اتمی معروف به “باد خورشیدی” از خورشید می گریزند و به میدان مغناطیسی زمین برخورد می کنند. اکنون دانشمندان از یک تکنیک جدید توسعه یافته برای بهبود پیش بینی زمان و شدت بادهای خورشیدی استفاده کرده اند که گاهی اوقات ماهواره های مخابراتی را از بین می برند و به شبکه های برق آسیب می رسانند.

تیم تحقیقاتی به رهبری جیمز جونو، فیزیکدان کارکنان آزمایشگاه فیزیک پلاسمای پرینستون (PPPL) وزارت انرژی ایالات متحده (DOE) از آنچه به عنوان “همبستگی میدان-ذره” (FPC) شناخته می شود برای بررسی جزئیات این چگونگی استفاده کردند. امواج ضربه ای متشکل از پلاسما، حالت گرم و باردار ماده که 99 درصد از جهان مرئی را تشکیل می دهد، می تواند تکه های پلاسما را در فضای بیرونی.

FPC الگوریتمی است که داده های تولید شده توسط فضاپیماها یا رایانه ها را می گیرد و تعیین می کند که چگونه انرژی میدان های مغناطیسی و ذرات متحرک پلاسما به جلو و عقب تغییر می کند. این فرآیند اطلاعات دقیقی در مورد موقعیت و سرعت ذرات به هنگام وقوع تغییرات می دهد.

«اگرچه بسیاری از چیزهایی که ما کشف کردیم قبلاً به خوبی شناخته شده بود، انتقال حرارت جیمز جونو، فیزیکدان در آزمایشگاه فیزیک پلاسمای پرینستون (PPPL) وزارت انرژی ایالات متحده (DOE) و نویسنده اصلی مقاله ای که نتایج را گزارش می کند، گفت: هرگز به این روش مطالعه نشده است. مجله اخترفیزیک. این واقعیت که این تکنیک بسیار خوب کار می کند به ما نشان می دهد که راه های جدیدی برای بررسی مشکلات قدیمی وجود دارد.

دانشمندان PPPL پلاسما را مورد مطالعه قرار می دهند زیرا انرژی را تامین می کند واکنش های سنتز در دستگاه های دونات شکل معروف به توکامک و دستگاه های پیچ خورده معروف به ستاره ساز. پلاسما سوپی از هسته یا یون های اتمی، الکترون ها و اتم های خنثی است که با هم اجازه می دهند جریان الکتریکی جریان یابد. این جریان به پلاسما اجازه می دهد تا به میدان های مغناطیسی پاسخ دهد، که دانشمندان از آن برای محدود کردن پلاسما در دستگاه های همجوشی استفاده می کنند. محققان در تلاشند تا از همجوشی که خورشید و ستارگان را نیرو می دهد برای تولید برق بدون تولید گازهای گلخانه ای و زباله های رادیواکتیو با عمر طولانی استفاده کنند.

تکنیک FPC رفتار پلاسما را نشان می‌دهد که قبلاً مشاهده نشده است، از جمله اینکه کدام قسمت‌های پلاسما گرم می‌شوند و کدام فرآیندهای فیزیکی مسئول هستند. تکنیک‌های قدیمی‌تر فقط می‌توانند تصاویری کلی از مکان و نحوه گرم شدن پلاسما ارائه دهند.

جونو می‌گوید: «یکی از یافته‌های کلیدی ما این است که نواحی مختلف پلاسما می‌توانند به روش‌های مختلفی به یک موج شوک پاسخ دهند. ما اکنون تصویر کامل تری از آنچه در فعل و انفعالات موج شوک اتفاق می افتد داریم.”

جونو می‌گوید: «این بدان معناست که ما می‌توانیم انرژی یک ذره خاص را در یک موقعیت خاص تشخیص دهیم و یک موج ضربه‌ای انرژی را به ناحیه پلاسمایی خاصی منتقل می‌کند.» روش‌های قبلی نمی‌توانند بین طیف گسترده‌ای از فرآیندهایی که رخ می‌دهند تمایز قائل شوند.»

جونو و همکارانش تکنیک FPC را که توسط گرگوری هاوس از دانشگاه آیووا توسعه داده شده بود، بر اساس داده های به دست آمده از یک برنامه شبیه سازی پلاسما معروف به Gkeyll (تلفظ رابرت لوئیس استیونسون دکتر جکیل) اجرا کردند. PPPL کدی را برای شبیه سازی مدار ذرات پلاسما اطراف خطوط میدان مغناطیسی لبه پلاسما در تاسیسات همجوشی توکامک. دانشمندان به طور مداوم این برنامه را به روز می کنند تا قابلیت های آن را گسترش دهند.

عمار حکیم، معاون مدیر آزمایشگاه PPPL برای بخش علوم کامپیوتر، گفت: “Gkeyll دارای اجزای زیادی است که برای طیف وسیعی از مشکلات پلاسما، از پلاسماهای فضایی گرفته تا آزمایش‌های همجوشی آزمایشگاهی، کاربرد دارند.” و با سرمایه گذاری جدید بنیاد ملی علوم در برنامه زیرساخت سایبری برای نوآوری علمی پایدار، Gkeyll را تقویت می کنیم تا آن را به یک منبع ملی برای شبیه سازی پلاسما تبدیل کنیم.

دانشمندان می‌توانند از FPCها برای جمع‌آوری اطلاعات از مأموریت‌های فضایی فعلی مانند مأموریت چند مقیاسی مغناطیسی ناسا (MMS) استفاده کنند، که از چهار ماهواره در حال پرواز در منطقه‌ای از فضا که تحت تأثیر میدان مغناطیسی زمین است، استفاده می‌کند. کالین براون، محقق دانشگاه آیووا و یکی از نویسندگان مقاله، گفت: ماموریت MMS فرصتی باورنکردنی برای مطالعه پلاسمای فضایی با استفاده از تکنیک FPC فراهم می کند. این امر توانایی ما را برای مطالعه ساختار سه بعدی انتقال انرژی بسیار بهبود می بخشد.

علاوه بر این، «استفاده از یک ابر رایانه برای بازتولید یک چیز یک چیز است پلاسما جونو می‌گوید موج ضربه‌ای، اما تکنیک FPC در واقع می‌تواند به شما کمک کند چیزهای جدیدی در مورد جهان بیاموزید. و این هیجان انگیز است.”