چگونگی فوران ذرات یونیزه از اجسام مختلف در فضا یکی از سخت ترین مسئله پیشروی ستاره شناسان مدرن است. چه نیرویی انرژی ذره ی منتشر شده را تامین میکند؟ که گاهی اوقات میتواند به فاصله ای به اندازه ی یکسال نوری یا حتی هزاران سال نوری موازی با ان پرتو ذرات به رشته های باریک را انتشار دهد؟

صدهافوران ستاره ای تا کنون مشاهده شده. اما نظریه ی رایج گرانشی پیوسته به منابع مهیجی از گاز و گرد و غبار اشاره دارد که در مدار حرکت میکنند که نشانی از فوران موازی ندارند. تنها یک نیرو است که میتواند همانند یک ماده جریان را در کنار هم در سرتاسر مسافت نگه دارد: الکترومغناطیس. تنها راه تولید سلول های مغناطیسی از طریق جریان برق در فضا است.جریان الکتریکی یک میدان مغناطیسی ایجاد میکند که در سراسر جریان بار مخفی میباشد.

در قدیم ستاره شناسان رشته ای منسجم به اصطلاح هربیگ-هارو را مشاهده کردند که بیش از ۱۲ سال نوری فاصله داشت. سرعت ذرات باردار درون رشته بیش از ۵۰۰ کیلومتر بر ثانیه تصور میشد. فوران منسجم کوچک سه برابر فاصله خورشید ما با اولین ستاره (الفا پروکسیما) تجاوز کرد.

با توجه به یک مطلب مطبوعاتی از رصدخانه جنوی اروپا فوران هایی که در نزدیکی ان.جی.سی ۷۷۹۳ هستندهزاران سال نوری فاصله دارند: این تصویر(بالا) یک میکرو کوازار قدرتمند شامل یک سیاه چاله در اطراف (۷/۱۲ میلیون سال نوری ) کهکشان ان.جی.سی ۱۳۷۷  را نشان میدهد.

بسیاری از محققان سعی کرده اند فوران محدود شده  ی باریک را با استناد به کلمات : نازل یا فشار بالا محاسبه کنند. هجوم همه گیری که علم میداند در مورد رفتار گازهادر خلا است. بعضی از انها حتی اذعان کرده اند که میدان های مغناطیسی ممکن است گازها را به پرتو های باریک متمرکز کنند. اگرچه یک نظر معمول وجود دارد که میدان های مغناطیسی در ان مهم نیستند. میدان های مغناطیسی تنها یک بخش از داستان هستند. و ناکام ماندن برای درک جریان الکتریکی که باعث ایجاد میدان مغناطیسی شده است که بسیاری از فیزیکدانان به مدل پلاسما در فضا بدون در نظر گرفتن جریان برق معتقدند.

برنده ی جایزه ی نوبل(هانس الفون) پیشگام در زمینه ی کیهان شناسی پلاسما اظهار داشت که پلاسما بیش از حد پیچیده و غیر استادانه برای سلیقه ریاضیدانان است. این اصلا مناسب تئوری های برازنده یریاضی نیست و مستلزم ازمایش های ازمایشگاهی بود. الفون مشاهده کرد که جهان پلاسمایی تفریحگاهی شده برای نظریه پردازانی که هرگز پلاسما را در ازمایشگاه ندیده اند.خیلی از انها همچنان به فرمولهایی باور دارند که ما از ازمایش های ازمایشگاهی میدانیم که میتوانند اشتباه باشند. او تصور میکرد که مفروضات اساسی کیهان شناسان با پیشرفته ترین متدهای ریاضس توسعه یافته اند.و ان تنها از خود پلاسما است که متوجه چگونگی زیبایی نظریه نشدند و کاملا امتناع به تایید ان کرده اند.

ستاره ها برامدگی هایی در مدارهای الکتریکی هستند . انرژی الکترومغناطیسی میتواند در صفحه های متداول استوایی اطراف انها ذخیره شود. تا زمانی که برخی از پیشامد کشیده شدن باعث شود انها به یک تخلیه ی فطبی جریان را عوض کنند. فوران الکتریکی میتواند انرژی خود را از ذرات شتابدهنده ی طبیعی دریافت کند و یک لایه پلاسمای مضاعف با یک میدان الکتریکی قوی. میدانهای مغناطسی حلقوی به دلیل تخلیه پلاسمای قطبی تشکیل میشوند. انرا به یک کانال باریک محدود میکنند. جریان الکتریکی محوری باید در امتداد کامل طول فوران ها جریان داشته باشد. فقط میدان های الکتریکی میتوانند ذرههای باردار را در سرتاسر فضای بین ستاره ای سرعت ببخشند.

استفان اسمیت

مترجم: بردیا قبادی

Jet Filaments – Translator: Bardia Ghobadi

آیا موج های شوکی قادر به تولید اشعه ی ایکس میباشند؟

همه روزه بسیاری از مقالات روز به این نکته اشاره میکنند که بر خلاف تصور ما ستاره ها کره هایی ساده  و متشکل از گاز داغ تحت فشار نیستند . بلکه از پلاسمایی تشکیل شده اند که به صورت الکتریکی شارژ می شود.از آنجا که پلاسما یونیزه شده است ، نمیتواند همچون گاز تحت فشار رفتار نماید.بنابراین امواج شوکی و ناپایداری های گرانشی در توضیح نحوه ی تولد و مرگ ستارگان ناکارآمد هستند.

در آزمایشگاه ، پلاسما با ایجاد دیواره ای نازک از دو لایه بار مخالف، خود را نسبت به مجیط اطراف ایزوله مینماید. آیا جدایی بار می تواند در دشارژ اتصال کوتاه که به نام بقایای ابرنواختر میشناسیم ، رخ دهد؟ مدل جهان الکتریکی بیان میکند که ابرنواختر ، ستاره ی در حال انفجاری که به طور متعارف میشناسیم ، نیست. بلکه، نشان دهنده ی انفجار لایه ی دوتایی در پلاسما است.چرا که قدرت ستاره ، از جریان های الکتریکی خارجی که در مدار هایی در فضا جریان دارند ،ناشی میشود،تابش و باد ستاره ای ناشی از دشارژ قوس الکتریکی ست که تاج ، کروموسفر و فوتوسفر ستاره را تشکیل میدهد.

ابرنواختر نتیجه ی شکست مدار در “شبکه ی فدرت” ستاره میباشد.جایی که انرژی الکترومغناطیسی از یک مدار کامل، در یک نقطه متمرکز میشود. این اتفاق به این دلیل رخ میدهد که در انفجار دولایه ها ، کل انرژی مدار الکتریکی به سوی انفجار و گسترش سطح ستاره هدایت میشود و تشکیل سحابی میدهد که به عنوان بقایای ابرنواختر میشناسیم.

در یک گزارش خبری آمده که،  موج شوکی نامنظم حاصل از انفجار ستاره ای که به نام پاپی شناخته می شود. هنگامی که موج شوکی به توده ای از گرد و غبار و گاز برخورد مینماید،در محل برخورد جبهه ی موج با توده ی یادشده، اشعه ی ایکس تولید می کند. عکس بالا از ترکیب تصویر مادون قرمز گرفته شده توسط تلسکوپ فضایی اسپیتزر در ۲۴ و ۷۰ میکرون باند (سبز و قرمز ) و تصویر اشعه ی ایکس شناسایی شده توسط تلسکوپ فضایی ایکس ام ام _نیوتون در ۰٫۳ و ۸۰۰۰ الکترون  ولت (رنگ آبی)، ایجاد شده است.

همان طور که اشاره شد برای تولید اشعه ی ایکس حاصل از گسترش جبهه ی موج، شوک ایجاد شده  بسیار ضعیف و آرام است.از طرفی دیگر ، انفجار دولایه ها، گاز یونیزه شده وگرد و غبار را به سوی انتشار پرتو های پرانرژی ایکس و فرابنفش سوق میدهد. حرارت(پرتوهای فروسرخ) و امواج شوکی از  اثرات ثانویه ی یک پدیده ی اولیه ی الکتریکی هستند.

نتایج تجزیه و تحلیل دمایی گروه دانشگاه کلتک و جی پی ال نیز مقداری سوال برانگیز است.انرژی گرمایی براثر برخورد اتم ها با یکدیگر ایجاد میشود.طول موج های فروسرخ مختلف ساطع شده از برخورد این اتم ها با دمای انها ارتباط دارد.با این حال ، بیشتر انرژی ساطع شده در فضا حاصل از تابش سینکروترونی الکترون هایی ست که در میدان مغناطیسی در حرکت اند.

اگر یون ها در حال حرکت باشند به آن جریان الکتریکی میگویند.جریان الکتریکی واقع در میدان مغناطیسی به صورت میدانی میانی تعریف میشود که به عنوان جریان بیریکلند میشناسیم. جریان بیریکلند تابش سینکروترونی دارد که هیچ نشانه ای از دما در آن وجود ندارد.

آنچه که مشاهده می شود حرکت بار الکتریکی در پلاسما میباشد. سحابی نیز بیشتر تحت تاثیر جریان الکتریکی در جریان  درون پلاسمای حاوی گرد و غبار ،به جای شوک در حال گسترش در گاز میباشد.تابش اشعه ی ایکس نیز نمونه ای از این تحت تاثیر قرار گرفتن گاز در برابر دشارژ میباشد که فشار بسیار قوی الکتریکی را نشان  میدهد.

استفان اسمیت

مترجم: فاطمه طهماسبی

Puppis A – Translator: Fatemeh Tahmasebi

شما می توانید هرگونه کپی برداری این اثر را با ذکر نام “بخش فارسی پروژه آذرخش” انجام دهید

۹٫۱ انفجار دولایه ها

انرژی القایی یک مدار تابعی از جریان و ظرفیت القایی مغناطیسی است.چنانچه هر مدار القایی مختل گردد، برای مثال ، به وسیله ی باز شدن یک کلید، انرژی القایی مدار از نقطه ی شکست، آزاد خواهد شد. این پدیده  به اندازه ی کافی برای استفاده ی متداول در مهندسی برق کاربردی شناخته شده است، که در این مقاله نشان داده خواهد شد.

انفجار مفتول موجی شکل در شرایطهای مختلف در مدارهای القایی ، با توجه به گزارش “شروع انفجار با انفجار سیم ها” United States Naval Ordinance Laboratory, White Oak, Maryland, 15 May 1963

در یک مدار پلاسما شکست،  اکثرا به دلیل ناپایدار شدن DL اتفاق میوفتد. این اتفاق زمانی رخ میدهد که تمام انرژی القایی مدار در DL  رها شده باشد. که می تواند باعث انفجار در DL  شود. در نتیجه افت ولتاژ بسیار زیادی در سراسر DL گسترش میابد و اتلاف مقدار بسیار زیادی از انرژی، در نهایت به صورت گرما وتابش از ذرات شتابدار، با مواد دیگر واکنش نشان می دهد. این رفتار تحت یک میدان مغناطیسی تابت رخ خواهد داد. میدان هیچ نقشی در انفجار ایفا نمی کند.

Ghostscript 24 bit color image dump

انفجار ستاره ،Nova Cygni 1992، نشان دهنده ی اثرات ناگهانی و انتشار انرژی زیادی توسط یک ستاره، همراه با یک تشعشع بسیارروشن حلقوی پلاسمایی در آشفتگی نا پایدار،  نزدیک به ۶ روز نوری، قطر محاسبه شده ی حلقه ۱۵۴٫۴ بیلیون کیلومتر یا ۹۶ میلیارد مایل است. اعتبار:NASA ، تلسکوپ فضایی هابل ۱۹۹۴

اگر جریان زمینه همچنان بعد از انفجار باقی بماند، چرخه می تواند به طور نامحدود تکرار شود. یک DL شکل می گیرد، جریان افزایش میابد و DL با برآیند مقدار زیادی تابش منتشر شده،منفجر می شود. جریان شروع میکند به از نو تقویت شدن، و یک DL جدید شکل میگیرد.

واضح است که این نوع رفتار را نمی توان با استفاده از مدل مبتنی بر میدان درست توصیف کرد. مدلهای مبتنی بر جریان، برای اینکه این سطح از پیچیدگیها را در برمی گیرند، ضروری هستند.

۹٫۲ مدارهای در حال گسترش

انرژی از یک مدار القایی به علت نیروهایی که توسط حلقه ی جریان تولید می شوند می تواند به صورت گسترش انفجاری از خود حلقه ی جریان آزاد شود. هم اکنون دیدیم که چگونه یک جریان محوری می تواند باعث تنگش نیروی مغناطیسی  شود. درست در نقطه ی مقابل این وضعیت، وضعی است که جریان حلقه ای، یک میدان مغناطیسی محوری تولید می کند. در این حالت، نتیجه ی نیروی I × B  به صورت شعاعی و به طرف خارج می باشد.

اگر فشار  خارجی به وسیله ی نیرو های دیگر متعادل نشود، حلقه جریان به خودی خود گسترش پیدا خواهد کرد. در یک رسانای فلزی، نیروی متعادل کننده توسط ساختار شبکه فلزی به صورت داخلی تامین می شود. در یک پلاسما، ممکن است مانعی نارسا وجود داشته باشد، به خصوص اگر انرژی القایی مدار، به علت فروپاشی یک DL، در مدار الکتریکی در مدت کوتاهی آزاد شود.

این می تواند در انفجار حلقه ی جریان ایجاد شود،  مانند چیزی که در فوران جرم تاج خورشیدی (CME) اغلب دیده می شود، که در آن یک حلقه از جریان به سرعت از سطح خورشید گسترش می یابد. این توضیح ساده بر اساس رفتار الکتریکی شناخته شده است و در تضاد با مدل گرانشی است، که “اتصال مجدد مغناطیسی” از خطوط نیروی مغناطیسی را می طلبد. درست مثل خطوط عرضهای جغرافیایی، خطوط مغناطیسی میدان نیز به صورت فیزیکی قابل رویت نیستند، بنابراین خیلی سخت است که ببینیم چگونه آنها می توانند “بشکنند” و “دوباره متصل  شوند” و انرژی آزاد کنند.

تخلیه های تاج خورشیدی

(Sun occulted by disk), courtesy SOHO, 2002

٣٫٩ سایر بی ثباتی های رشته ای

همانطور که مشاهده کردیم، جریان های رشته ای به یک نیروی متراکم کننده  (pinch force) مربوط می شوند. اگرچه یک ” pinch ” ساده هم خودش در تعدادی از موقعیت ها ناپایدار است. اگر نیروی متراکم کننده  در پینچ افزایش یابد و باعث یک تراکم شود، موجب افزایش بیشتر نیروی متراکم کننده خواهد شد. رشته های جریان می توانند آنقدر منقبض شوند که به یک سری از برآمدگی ها تبدیل شده و مانند یک رشته از سوسیس متراکم شود.

عکسی از ناپایداری پیچ خوردگی ” سوسیسی ” در یکی از اولین دستگاه های پلاسمایی  Z Pinch ، یک لوله ی پیرکس استفاده شده توس تیمAEI

 اگر جریان خطی به اندازه ی کافی قوی باشد سرانجام پینچها ها می توانند به طور کامل متلاشی شوند، در این حالت، در نواحی فشرده شده جریان خطی به جریان حلقوی تبدیل می شود، و به پلاسمویدهای مغناطیسی دونات شکلی در امتداد خطی از رشته توسعه می یابد. اگر ماده از قبل در یک رشته متمرکز شده باشد آنگاه این ماده در طول یک جریان هم تراز با میدان، همانند مروارید هایی روی یک رشته توزیع می شود. این موضوع می تواند تعدادی از هم ترازی های (صف های) خطی بدنه ها را در فضا توضیح دهد.

اعتبار: شکل ۳٫b) از “توصیف رشته های میان ستاره ای با هرشل در IC 5146″، نجوم و اختر فیزیک نامه به سردبیر، ۵۲۹، L6 (2011) “توسط D. Arzoumanian و همکاران، همراه با یادداشت های توضیحی اضافه شده است.

شکل بالا از خط الراس های آبی رنگی در امتداد خطوطی که بیشترین تراکم رشته ای رویت شده را، در ناحیه ی فروسرخ دارند، پوشیده شده است.. یک بررسی از ٢٧ بخش رشته نشان داد که مشخصه ی عرض رشته بدون در نظر گرفتن طول آن تقریبا برابر ١/٣) parsec 0.١ سال نوری) می باشد. طبق شواهد، نواحی شکل گیری  ستاره ها و هسته ی پروتستلار عمدتا در امتداد نواحی خط الراس در این رشته های میان ستاره ای واقع شده اند.

نویسندگان اشاره کرده اند که ” اگر یک آشفتگی در مقیاس بزرگ برای تشکیل رشته ها، یک مکانیسم قابل قبول  (محتمل) را فراهم کند، این حقیقت که هسته ی پرستیلار در رشته های ناپایدار گرانشی تشکیل  شدند، نشان می دهد که گرانش عامل اصلی در تکامل متعاقب رشته هاست. روش EUاشاره میکند به این واقعیت  که، بسیاری از ناپایداری های پلاسمایی که در فضا مشاهده شده در آزمایشگاه های پلاسمایی روی زمین نیز ایجاد شده است، اما، درمطبوعات علوم کارشناسی، به چنین مکانیسم هایی به ندرت در مکانیسم های توضیحی ارائه شده ، اشاره می شود.

نوع دیگر بی ثباتی، بی ثباتی پیچ خوردگی می باشد این اتفاق اغلب درجریان Birkeland می افتد، که در آن جریان با یک میدان مغناطیسی خارجی هم تراز می شود. سپس pinch یک حالت مارپیچی قوی ایجاد می کند. تاثیر آن در انحراف جریان استوانه ای نسبت به جهت میدان می باشد. این می تواند به عنوان یک پیچ خوردگی در جریان هنگامی که زاویه ی مناسب مشاهده شده، اتفاق بیفتد.

عکس از ناپایداری پلاسمای آزمایشگاهی به صورت تجربی، پیچ خوردگی وقتی رخ میدهد که ستون مرکزی به اندازه ی کافی بلند شود که شرایط ناپایداری فراهم شود-از ارائه ی شبیه سازی اختر فیزیک جتها در محیط آزمایشگاهی

 ” Courtesy Prof. Paul Bellan, KTTP & Caltech

بلان پل، فیزیکدان فیزیک پلاسما، به همراه دانشجویان خود در دانشگاه صنعتی کالیفرنیا در حال تحقیق بر روی ناپایداری های پلاسمایی به منظور رسیدن به درک بهتری از پدیده های قدرتمند مشاهده شده بر روی خورشید، می باشد، یک فیلم کوتاه (تعدادی فریم ١۶٫۵میکرو ثانیه از تکامل را نشان می دهند) از یکی از آزمایش هایآزمایشگاهی مربوط به یک بی ثباتی پلاسمایی، در اینجا مشاهده می شود، به عنوان مرجع در مقاله ی اخیر پل و دانشجویش، آنا موسر، مطرح شده است:  اتصال مجدد مغناطیسی از یک ناپایداری مولتی سکال آبشاری می باشد.

۹٫۴ ناپایداریهای پرات

آخرین تحقیقات گزارش شده توسط آنتونی پرت در مجله ی IEEEو دیگر موسسات دانشگاهی یکسری از دشارژهای پلاسمایی در انرژی بسیار بالارا که ازشان نام بردیم ،شناسایی کرده است. در اینجا یک برگه برای نمایش، از پیتر و ون هست.

ناپایداریهای پرات مدهای دشارژ پلاسمایی هستند که فرم های قطعی اتخاذ می کنند و علی رغم نامشان، آنها می توانند برای دوره های زمانی  که این برای مشاهده ی آنها کافیست، پایدار باقی بمانند. در برخی موارد، آنها شبیهDLs  هستند، دینامیکی “ناپایدار” دارند، که میتواند بی حرکت با قی بماند، در حالیکه جنبش های سریعی در ذرات آنها وجود دارد.

ناپایداری پرات اغلب به شکل دشارژ پلاسمای ستونی است که توسط  پلاسمای حلزونی شکل انباشته احاطه شده است. بالا و پایین حلزونی هامی تواند به شکل فنجان و ناقوس تکامل یابد. لبه هایحلزونی ها اغلب به سمت بالا و پایین پیچ و تاب دارند. تعداد حلوزنی ها می تواند بین سه تا در حدود نه تغییر یابد و می تواند به هر چیزی از جام شراب تا نردبان شباهت داشته باشد. همچنین، وابسته به ماهیت پلاسما و جریان ها در آن، می تواند به شکل های مختلفی وجود داشته باشد.

تحقیقات پرات در مورد پدیده پلاسما در بسیاری از مقیاس ها، او را به سمت این پیشنهاد هدایت کرده است که: شاید سنگ نبشته ها ی(هنر سنگی ) به جا مانده از تاریخ نسبتا  اخیر ،در واقع ثبت و ضبط ، شکل های خاصی از دشارژ پلاسمایی، با اشکال و شمایل متفاوت ناپایداریهای معین وابسته به آنهاست، همینطور که در نمودار گرافیکی خیره کننده اش در مجله ی  IEEE  معین شده است ، مشخصه ها برای ایجادیک  اورای   zپینچ جریان بالا، همانطور که در دوران باستان ثبت شده است، IEEE Transactions on Plasma Science, Vol. 31, No. 6,

December 2003..

نکته قابل توجه بدست آمده در اینجا این است، که هیچ کدام از این اشکال ناپایدارپلاسما احتمالا نمی توانند توسط یک پایه آنالیزگر در میدان های مغناطیسی پیشگویی شوند، با این حال حاصل شبیه سازی کامپیوتری ذرات در سلول نیز نتایج مشابهی ارائه می کنند. یکبار دیگر رفتار پلاسما را مشاهده می کنیم؛ اغلب پیچیده تر از آن است که توسط مگنتوهیدرودینامیک ، یا MHD، معادلات مایع توصیف شود. بسیار ضروریست که جنبش های ذرات به عنوان پایه در نظر گرفته شوند که این راه حلی بر پایه ی جریان  است.

به علاوه، ناپایداری های پلاسما ممکن است مکانیزم موجود در بسیاری از فعل و انفعالات پیچیده که در نتیجه اش در ستارگان و سیستم سیارات ، و همچنین پدیده های پر انرژی مشاهده شده در داخل و اطراف خود ستارگان را، توضیح دهند.

https://www.thunderbolts.info/wp/2012/02/26/essential-guide-to-the-eu-chapter-9/

مترجمین راهنمای ضروری جهان الکتریکی:

فرزین حسینی، سبا حفیظی، نسترن ختایی، سمانه فتحیه، ساناز مفیدی احمدی، فرشته معماریان، پروین هویدا و ثمین یزدی

هرگونه کپی برداری تنها با ذکر نام “بخش فارسی پروژه بین المللی آذرخش” امکان پذیر می باشد

۷٫۱ جریانهای بیرکلند

برای رشته ای شدن جریانها در پلاسما دلیل دیگری نیز  وجود دارد. این علت ، بخاطر وجود نیروی جاذبه بین هر دو تا از جریان های موازی است. هر یک ازجریان ها ، میدان مغناطیسی تولید می کند که جریان اولی را احاطه می کند و طبق قوانین طبیعی الکترومغناطیس ،جریان دیگر توسط آن میدان مغناطیسی جذب می شود. در نتیجه این دو جریان به طرف هم کشیده شده و جذب هم می شوند.

همچنین این اثر در تک شاره های اکترونی و در سیم های حامل جریان هم وجود دارد. بنا براین ، در پلاسما ، یک جریان انتشار یافته وسیع به متمرکز شدن در یک رشته تمایل دارد، که در مشاهدات هم همین طور است. بطور مشابه، یک پهنه ای از جریان هم تمایل به یکی شدن در قالب تک رشته های جداگانه دارد. همان طور که پهنه ای از آب که در حال سقوط است ، به قطرات جدا جدا تقسیم می شود .

پهنه هایی از جریان به هم بافته شده که به آرامی تابش فروسرخ و نور مرئی دارند. در امتداد حلقه ی ماکیان از سحابی Veil.

اعتبار عکس: W. P. Blair, R. Sankrit (Johns Hopkins University / NASA

اگر دو رشته موازی در مجاورت هم وجود داشته باشند ، یا اینکه این دو رشته، از پهنه ی جریانی که روند رشته ای شدن را طی کرده، شکل گرفته باشند ، یک دیگر را جذب خواهند کرد و ابتدا تحت جاذبه مغناطیسی توضیح داده شده در قانون بیوساوار به سمت یکدیگر حرکت می کنند. بنابراین تمایلی برای جریان های استوانه ای وجود دارد که به صورت دوتا دوتا و جفتی ایجاد شوند.

رسیدن به نقطه تعادل زمانی اتفاق می افتد که نیروی جاذبه بلند برد با نیروی دافعه ی کوتاه بردتر بین دو مولفه ی دورانی زاویه ای نا موازی، به تعادل می رسند. تجزیه و تحلیل ها نشان می دهد که یک انحراف در مراکز نیروی جاذبه ای وجود دارد که دو جریان را جفت می کند ، و یا باعث نیرویی چرخشی می شود، که بر روی هرکدام از جریان ها اثر می کند. بنابراین زوج جریان ها تمایل دارند که به طور مارپیچ دور یک محور مشترک بپیچند. مانند قبل، محور مارپیچ تمایل خواهد داشت که با میدان مغناطیسی کلی موازی باشد.

این نوع از زوج جریانها، به اسم فیزیکدان نروژی کریستین بیرکلند، که در اوایل قرن ۲۰ برروی آنها مطالعه کرده بود، جریانهای بیرکلند نام گذاری شد.

۷٫۲ ریسمان های مغناطیسی

بر اثر مارپیچی شدن جریان ها اطراف یکدیگر، شکل ریسمان های پیچ خورده را به وجود می آورند. چون جریانها با میدان مغناطیسی هم ترازند ، معمولا به جریانهای بیرکلند “ریسمان های مغناطیسی” یا “لوله های شارش” می گویند. اگرچه این توصیف نادقیق نیست ، اما این تعریف تمایل به پنهان کردن اثرات میدان الکتریکی دارد و باعث تغییر ماهیتِ مفهوم حمل جریان در رشته ها می شود و اشاره بر این دارد که که نیروی مغناطیسی تنها عاملی است که در این برهمکنش ها وجود دارد. اما همانطور که می دانیم میدان مغناطیسی و الکتریکی با هم وجود دارند، پس این ادعا درست نیست.

وابستگی معکوس فاصله در قانون نیروی بیوساوار در بین رشته های هدایت کننده جریان، به طور جالبی، رشته ها را به سمت جفت شدن هدایت می کند. این عکس ۳ جریان رشته ای شبیه سازی شده کامپیوتری در  یک PIC(Particle-in-Cell) (ذرات در سلول) را نشان می دهد، که فقط دو تا از آنها  با هم برهمکنش قوی دارند ، در حالی که سومی در سکون است. وقتی تعداد زیادی رشته در پلاسما با میدان مغناطیسی قابل توجهی موجود باشند به طور مستقیم به “دوگانه” و “دو تایی” شدن هدایت می شوند.

اعتبار: اقتباس از شکل ۳٫۲۱، فیزیک از جهان پلاسما، Peratt، Springer Verlag، ۱۹۹۲

سیر تکاملی زبانه ی خورشیدیِ تابش کننده اشعه ایکس بر روی خورشید. عکس بالایی: شبیه سازی خطوط میدان مغناطیسی (خطوط رنگی) با قطب های آنها که با رنگ خکستری نشان داده شده اند ( تیره = منفی ، روشن= مثبت ) عکس وسطی: شبیه سازی حرکت جریان همزمان با تغییرات در میدان مغناطیسی فوق (تیره= شدیدتر) عکس پایینی:  مشاهدات سال ۲۰۰۷ تلسکوپ اشعه ی ایکس Hinode از ویژگی فورانی تکرار شونده که در ارتباط با یک الگوی جریان الکتریکی جفتی- J شکل (حلقوی)

عکس ۶ از “شکل گیری ریسمان شارشی حلقه ای ناپایدار و جریان های الکتریکی در حلقه های پیچشی (حلقوی)”  Aulanier، Török، Démoulin & DeLuca، مجله اختر فیزیک ۷۰۸:۳۱۳-۳۳۳ ،  ۲۰۱۰ Jan 1.

همچنین جریانهای بیرکلند می توانند موادِ نواحی مجاور را جذب کنند.  این به خاطر آن است که میدان های مغناطیسی سَمتی، که به وسیله هر یک از جریان های محوری ایجاد می شوند یک نقطه کاهش فشار شعاعی داخلی با مینیمم فشار بین دو جریان ایجاد می کنند ، در حالی که میدان مغناطیسی تولید شده خارج از خود ریسمان جریان، گسترش می یابد. این باعث میشود مواد باردار و اجزای یونیزه شده که خارج از ریسمان جریان وجود دارند به سمت مرکز نوار جریان جذب شوند، که به این فرآیند همرفت Marklund  می گویند.

اگرچه این اثر، مشابه نیروی IxB از یک تک استوانه ی جریان است، مینیمم فشار مغناطیسی بین زوج جریانها میتواند مکانیسم کارآمدتری برای ایجاد تمرکز در مواد باشد.

غلظت پلاسما خارج از جریان بیرکلند کاهش می یابد، در حالی که غلظت داخل ریسمان در حال بیشتر شدن است. بنابراین ،گاهی اوقات جریان بیرکلند در تغییرات در پراکندگی غلظت پلاسما تاثیر دارد .

۷٫۳ اثرات آشکار جریانها در فضا

رشته جریاهای به هم تنیده شده در سحابی مارپیچ دوگانه (Helix) در نزدیکی مرکز راه شیری-درنورفروسرخ.

اعتبار عکس: NASA/JPL- CalTech/UCLA

ساختار رشته ای مشابه مدل بیان شده در قسمت قبل ، در فضا بسیار شایع است، مثل: رشته های شفقی ، ریسمان های شارشی زهره، برجستگی های خورشیدی و جریانات تاج خورشیدی ، دم ستاره ی دنباله دار و سحابی میان ستاره ای که در آن بافت رشته ای اغلب دیده می شود. ساختار های رشته ای خنثای هیدروژنی که قبلا هم ذکر شد (جریان همرفت مارکلاند Marklund در ۶٫۱۲ بالا)   همچنین ساختار های رشته ای در آرایشی از خوشه های کهکشانی نیز مشاهده شده است.

۷٫۴ لایه های دوگانه حامل جریان

تا الان دیدیم که لایه های دوگانه میتوانند در لوله های دشارژ ملتهب در آزمایشگاه تشکیل شوند. بدیهی است که این لایه های دوگانه (DL ها) اجازه انتقال جریان از طریق خود، و بعلاوه توانایی شتاب دادن به یونها و الکترونها در میدان الکتریکی قوی داخل DL  را نیز دارند. برای تشخیص  دادن آنها از CFDLها، به آنها لایه های دوگانه حامل جریان (CCDL) می گویند. یک CCDL با روش متفاوتی از یک CFDL تشکیل می شود. معمولا تشکیل آن به وسیله نوعی ناپایداری و یا تغییر در جریان جاری آغاز می شود.

به عنوان مثالی برای نوع “تغییر در جریان” ،که باعث شکل گیری CCDL می شود، اتفاقی را که در زمان عبور جریان به ناحیه ای که چگالی پلاسما کمتر است را در نظر بگیرید. جریان اساسا به وسیله الکترونهای سبکتر حمل می شود و میتوانیم در وهله اول این وضعیت را مربوط به یونها در نظر بگیریم.

اگر جریان الکترونی تغییر نکند، آنگاه ناحیه کم غلظت تر به علت “جاری شدن” جریان (الکترونهای) وارد شده، به سرعت الکترون اضافی بدست خواهد آورد. این اتفاق منجر به یک اختلاف پتانسیل در مناطق با چگالی کمتر می شود و در تنیجه الکترونهای بیشتری دفع و جریان جاری نیز مختل خواهد شد.

به یاد داشته باشید که جریان، با ترکیب سرعت و چگالی الکترون متناسب است و تنها راه کم کردن غلظت الکترون ها، برای رسیدن به مرحله مناسب، در حالی که کل جریان بر قرار باشد، افزایش سرعت الکترونها می باشد.

روندی که این خواسته را ایجاد می کند ، تشکیل یک CCDL در مرز ناحیه کم تراکم تر می باشد که الکترونها را به آن ناحیه شتاب  بدهد. قدرت DL تا زمانی افزایش خواهد یافت که دقیقا سرعت لازمه ی الکترون ها را برای کم کردن غلظت آن ها فراهم کند ،تا چگالی الکترون ها با یونهای با چگالی کمتر برابر شود و پلاسما درحالت خنثی (بدون بار خالص) باقی بماند .

مطمئنا DL روی یونها هم تاثیر می گذارد ولی تاثیر کلی آن شبیه همان چیزی است که گفته شد. همچنین الکترونهای پر سرعت تر باعث به وجود آمدن یونش های اضافی میشود که نیاز به سرعت بیشتر برای الکترون ها را تغییر می دهد.اما هم چنان ضروری است که یک DL تشکیل شود و شتاب لازم را تامین کند.

۷٫۵ ناپایداری در جریان و CCDLها

CCDLها همچنین می توانند در نتیجه ی ناپایداری جریانی در یونها و الکترونهای تشکیل دهنده جریان، که در خلاف جهت هم حرکت می کنند ایجاد شوند.

مدل های مختلفی از ناپایداری میتواند رخ دهد. یک نمونه ناپایداریِ Buneman یا ناپایداری دو جریانی می باشد. زمانی که سرعت جاری شدن الکترونها (بطور کلی چگالی جریان تقسیم بر چگالی الکترون) بیشتر از سرعت حرارتی الکترون های پلاسما باشد. به عبارت دیگر سرعت رانش حاصله از جریان الکریکی، بیشتر از سرعت تصادفی حرکتی گرمایی است.

مکانیسم واقعی ناپایداری Buneman پیچیده است. اگر چه ، در اصل، چگالی یونها و الکترونها در پلاسما در بازه های مکانی کوچک نسبت به کل پلاسما همواره از حالت خنثای مطلق در حال تغییر است. سپس پلاسما خود را تطبیق می دهد که هر گونه عدم تعادل و نا توازنی را اصلاح کند. این تغییرات غلظت به فرکانسی که وابسته به درجه حرارت پلاسما و جریان عبوری از آن است رخ می دهد. اگر غلظت جریان به اندازه کافی زیاد باشد، فرکانس (زمان تناوب) تغییرات چگالی برای اینکه پلاسما خودش را تطبیق دهد، بیش از حد سریع است. پس به وضعیتی ناپایدار تبدیل می شود.

طبق تحقیقات انجام شده ، این جور ناپایداری ها منجر به تشکیل CCDL می شود. تغییرات در چگالی های یون و الکترون باعث توسعه میدانهای الکتریکی داخلی می شود. این میدان ها با یونها انرژی مبادله می کنند که باعث میشود شروع به نوسان با دامنه بزرگی کنند و تغییرات چگالی را تقویت می کند. مناطقی با چگالی بار متفاوت میدان های الکتریکی بینشان بوجود ایجاد می شود.

زمانی که میدان الکتریکی به علت این تغییرات چگالی افزایش می یابد، جریان الکترون های جاری قطع می شود و بعضی از الکترون ها به دام می افتند و یا به سمت عقب شروع به حرکت به درون یک گرداب های داخلی می کنند. نتیجه تشکیل یک CCDL با شماری از یونها و الکترون های شتابدار، و یون ها و الکترون های به دام افتاده در طول یک DL است.

این جریان از بعضی جهات مشابه ناپایداری های جریان در سیالات است. CCDL در بعضی روشها مانند جهش هیدرولیکی است که سرعت سیال در دو طرف جهش متفاوت است. جهش شامل گرداب هایی از سیالِ به دام افتاده است و جهش خود در یک موقعیت ثابت است.

هر چند نمی توان گفت که تحلیل سیال آنقدری پیچیده است که بتواند حرکات الکترودینامیک ذرات باردار در میدانهایی که خودشان ساختند را مدل سازی کند. تفاوت قاعده کلی این است که DL به ذرات باردار در راستاهای مخالف، متناسب با بارشان شتاب می دهد، در حالی که جهش هیدرودینامیکی سرعت جریان سیال را به وسیله ایجاد تلاطم کاهش می دهد.

یک CCDL همیشه قسمتی از افت پتانسیل تولید شده توسط جریان را داخل ناحیه DL متمرکز می کند و در نتیجه گرادیان پتانسیل در جریان باقی مانده را نیز کاهش می دهد.

۷٫۶ اطلاف انرژی در DL ها

الکترون هایی که در افت پتانسیل ایجاد شده در طول یک CCDL شتاب گرفته اند، انرژی شان را در برخورد با اتمهای خنثی در آن طرف DL از دست می دهند. این اتم های برانگیخته، هنگامی که به حالت پایه (تراز اصلی) بر می گردند به ترتیب به وسیله تابش انرژی خود را از دست خواهند داد. پس تشکیل یک DL مثل یک وسیله ای عمل می کند که پلاسما با آن انرژی اضافه خود را پراکنده کند. حالتی شبیه به وضعیت مقاومت الکتریکی که در یک مدار الکتریکی اتفاق می افتد.

این مکانیسم به ثبات مدارهای پلاسما که انرژی را “بی خطر” پراکنده می کنند، کمک می کند که در غیر این صورت ممکن است نتیجه ، ناپایداری های آشفته و متلاطم را در پلاسما گسترش بیابند.

۷٫۷ طبقه بندی DLها

همانطورکه مطرح شد، یک تفاوت اصلی بین لایه های دوگانه حامل جریان (CCDL) و لایه های دوگانه بدون جریان (CFDL) که هر کدام با مکانیسم متفاوتی تشکیل شده اند، وجود دارد و به وسیله این که آیا DL اجازه می دهد جریان الکتریکی زیادی از آن عبور کند یا خیر ، به این دو مدل تقسیم بندی می شوند .

یک طبقه بندی دیگر بر اساس قدرت و توانایی DL است . بسته به افت پتانسیلی که در طول آن وجود دارد، یک DL به ضعیف، قوی، و یا نسبیتی طبقه بندی می شود. هر دسته اثر متفاوتی روی ذرات باردار در پلاسمای احاطه کننده شان خواهد داشت.

اگر افت پتانسیل در طول DL بیشتر از پتانسیل پلاسما باشد، DL در دسته DL قوی جای می گیرد. یک  DL قوی ذراتی که با انرژی کمتر از پتانسیل پلاسما، به DL می رسند را باز می فرستد و بازتاب می کند. فقط ذراتی با انرژی بیشتر از پتانسیل پلاسما وارد DL خواهند شد و شتاب می گیرند.

DL ضعیف سرعت ذراتی را که با پتانسیل پلاسما از سمت “مخالف” وارد می شوند، می کاهد و دوباره وقتی که از میان DL عبور کردند، به آنها شتاب می دهد.

اگر افت پتانسیل در طول DL به قدری باشد که موجب شود ذرات، انرژیِ بزرگتر از انرژی جرم سکون الکترون بدست آورند، به آن DL نسبیتی می گویند. پس یک DL نسبیتی هنگامی که الکترونها از میان افت پتانسیل عبور می کنند به آنها شتاب با سرعتی نزدیک به سرعت نور می دهد. این اتفاق می تواند در جت های پلاسمایی حامل جریان موازی پرقدرت دیده شود که می توانند در یک سمت یا هر دو طرف قطب محورهای کهکشان های رادیویی وجود داشته باشند .

جت کهکشان قنطورس A در ترکیب رنگهای غیر واقعی رادیویی (آبی) و اشعه ایکس (قرمز).

اعتبار: برای اشعه ایکس NASA/Chandra . برای رادیویی  NRAO/AUI

https://www.thunderbolts.info/wp/2012/01/04/essential-guide-to-the-eu-chapter-7/

مترجمین راهنمای ضروری جهان الکتریکی:

فرزین حسینی، سبا حفیظی، نسترن ختایی، سمانه فتحیه، ساناز مفیدی احمدی، فرشته معماریان، پروین هویدا و ثمین یزدی

هرگونه کپی برداری تنها با ذکر نام “بخش فارسی پروژه بین المللی آذرخش” امکان پذیر می باشد