ღამის ცის ერთ-ერთი ყველაზე მომნუსხველი სანახაობა პოლარული ციალის მრავალფერი ნათებაა. თუმცა, ეს მომაჯადოებელი ფენომენი ბოლომდე ამოხსნილი არ არის.
ცნობილია, რომ მას წარმოქმნის მზის შტორმის შემადგენელი ნაწილაკები, რომლებიც დედამიწის მაგნიტური ველის ხაზების გასწვრივ ჩქარდება და ატმოსფეროს ზედა ფენებში წვიმასავით შემოდის. იქ არსებულ ატმოსფერულ ნაწილაკებთან მათი ურთიერთქმედებისას წარმოიქმნება ცაში მოციმციმე სინათლის „ფარდები“.
ახლახან, პირველად ისტორიაში, მეცნიერებმა წარმოადგინეს და დაადასტურეს ის მექანიზმი, რომლითაც ნაწილაკთა აჩქარება ხდება — ეს პროცესი მათ ლაბორატორიაში გაიმეორეს. ზუსტად ისე, როგორც მეცნიერები ფიქრობდნენ, მაგნიტური ველის ხაზებს გასწვრივ ელექტრონებს აჩქარებს ელექტრომაგნიტური ტალღები, რომლებსაც ალფვენის ტალღებს უწოდებენ.
„ორმოც წელიწადზე მეტია არსებობს იდეა, რომ ამ ტალღებს ელექტრონებისთვის ენერგიის მიცემა და ციალის წარმოქმნა შეუძლია, მაგრამ მისი მოქმედების მექანიზმის გადაჭრით დადასტურება პირველად შევძელით“, — ამბობს აიოვის უნივერსიტეტის ფიზიკოსი კრიაგ კლეტცინგი.
მისივე განცხადებით, ეს ექსპერიმენტი იმ საკვანძო გაზომვათა ჩატარების საშუალებას გვაძლევს, რომლებიც აჩვენებს, რომ თეორია ზუსტად ხსნის ციალის წარმოქმნის მექანიზმს.
ალფვენის ტალღების შესახებ მეცნიერებმა უკვე დიდიხანია, რაც იციან. პირველად ისინი შვედმა ელექტროინჟინერმა, პლაზმის ფიზიკოსმა ჰანეს ალფვენმა აღწერა 1942 წელს — გარდიგარდმო ტალღები ელექტრულ ფლუიდში, რომლებიც მაგნიტური ველის ხაზებს გასწვრივ ვრცელდება. ეს ტალღები მნიშვნელოვანი მექანიზმია ენერგიის ტრანსპორტირებისათვის და იმპულსისთვის მაგნეტოთერმოდინამიკურ სისტემებში; ანუ, მათ ნაწილაკთა აჩქარება შეუძლიათ.
ალფვენის ტალღები დედამიწის მაგნიტური ველის ხაზებშიც იყო შემჩნეული; კოსმოსური ხომალდის მიერ დაფიქსირებულია ციალის ზემოდან დედამიწისაკენ მიმართული ალფვენის ტალღებიც. ფართოდ აღიარებულია, რომ ალფვენის ტალღები გარკვეულ როლს ასრულებენ ციალის ელექტრონთა აჩქარებაში, მაგრამ გამოცანად რჩებოდა მათი ზუსტი როლის განსაზღვრა.
ამიტომ, მკვლევართა ჯგუფმა, რომელსაც ილინოისის ვიტონის კოლეჯის ფიზიკოსი ჯიმ შროდერი ხელმძღვანელობდა, ამ ფენომენის დეტალურად შესასწავლად, კალიფორნიის უნივერსიტეტის „პლაზმის დიდი მოწყობილობა“ (LAPD) გამოიყენა. ეს გახლავთ ცილინდრის ფორმის ვაკუუმის კამერა, რომელიც სიგრძეში 20 მეტრია, სიგანეში 1 მეტრი და აქვს მძლავრი მაგნიტური ველი.
„ეს გამომწვევი ექსპერიმენტი მოითხოვდა, რომ გაგვეზომა LAPD კამერაში დაბლა მიმართულებით თითქმის ალფვენის ტალღების სიჩქარით მოძრავ ელექტრონთა ძალიან მცირე პოპულაცია; მათი რაოდენობა პლაზმაში არსებულ ყოველ ათას ელექტრონზე ერთზე ნაკლები იყო“, — ამბობს კალიფორნიის უნივერსიტეტის ფიზიკოსი ტროი კარტერი.
LAPD კამერაში არსებულ პლაზმაში ჯგუფმა ალფვენის ტალღები წარმოქმნა და პარალელურად, ციალის წარმოქმნისათვის რელევანტურ გარემოში გაზომა ელექტრონთა აჩქარების გადანაწილება. აღმოჩნდა, რომ ალფვენის ტალღები ელექტრონებს ენერგიას ტალღებთან რეზონანსით გადასცემს — ტალღების ფაზის მსგავს სიჩქარეს.
„გაზომვებმა გამოავლინა, რომ ელექტრონების ეს მცირე პოპულაცია ალფვენის ტალღების ელექტრული ველის მხრიდან განიცდის რეზონანსულ აჩქარებას, დაახლოებით ისე, როგორც სერფინგისტი იჭერს ტალღას და მასთან ერთად მოძრაობისას მუდმივად ჩქარდება“, — ამბობს აიოვის უნივერსიტეტის ფიზიკოსი გრეგ ჰოუვსი.
ამ პროცესს ლანდაუს ჩახშობას უწოდებენ, რადგან ტალღისგან ელექტრონისთვის ენერგიის გადაცემა ამ ტალღას ასუსტებს, რაც თავის მხრივ, ხელს უშლის არასტაბილურობის გაჩენას. ჯგუფის ანალიზების მიხედვით, ელექტრონთა სიჩქარის მიერ წარმოქმნილი ხელწერა წარმოადგენს ლანდაუს ჩახშობის ცნობილ ხელწერას, რაც მიუთითებდა იქ მიმდინარე რეზონანსულ აჩქარებაზე.
ამის შემდეგ, მიღებული შედეგები მათ ციალის მოდელს შეადარეს და წარმოაჩინეს, რომ ელეტქრონებისთვის ენერგიის გადაცემის მაჩვენებელი რეალურ ცხოვრებაში შეესაბამებოდა ლანდაუს ჩახშობას.
„თითო ელექტრონზე ენერგიის მიცემის მაჩვენებელსა და ციალის მოდელს შორის შეთანხმება გვთავაზობს იმ საბოლოო კავშირს, რაც საჭირო იყო იმის საჩვენებლად რომ ჩვენ პირდაპირ შევძელით იმის ექსპერიმენტულად დამტკიცება, რომ ალფვენის ტალღებს შეუძლიათ იონოსფეროში შემოსულ ელექტრონთა აჩქარება და მომაჯადოებელი პოლარული ნათების წარმოქმნა“, — წერენ მკვლევრები.
კვლევა Nature Communications-ში გამოქვეყნდა.
მომზადებულია eurekalert.org-ისა და ScienceAlert-ის მიხედვით.
