Bilim adamları, dalga-parçacık etkileşimlerinin diğerlerini nasıl ürettiğinin altında yatan gizemi biraz daha çözüyor. plazma Geospace’deki dalgalar.
Yakın zamanda yayınlanan bir çalışmada Fiziksel İnceleme MektuplarıJaponya’dan araştırmacılar, Geospace’deki yüksek frekanslı plazma dalgalarının, düşük enerjili iyonları ısıtarak dalga-parçacık etkileşimleri yoluyla düşük frekanslı plazma dalgaları üretebileceğini ve çarpışmasız plazmada yeni bir enerji aktarım yolunu ortaya çıkarabileceğini gösteriyor.
Elektromanyetik kuvvetler aracılığıyla etkileşime giren serbestçe dolaşan yüklü parçacıkların karakterize ettiği bir madde durumu olan plazmanın belirgin bir imzası, plazma dağılımlarının kararsızlığından kaynaklanan “plazma dalgaları”nın oluşmasıdır. “Hızlı manyetosonik dalgalar” (MSW’ler), Geospace’deki bir tür elektromanyetik plazma dalgasıdır. MSW’ler sıcak protonlardan kaynaklanır ve “yüksek frekanslı dalgalar” olarak kabul edilir.
Geospace’de yaygın olarak üretilen bir başka dalga türü, “düşük frekanslı dalga” olarak kabul edilen “elektromanyetik iyon siklotron” (EMIC) dalgasıdır. Son zamanlarda, Geospace’deki uydu gözlemleri, MSW’lerin ve EMIC dalgalarının sıklıkla birlikte meydana geldiğini göstermiştir. Bununla birlikte, bu birlikte oluşumun altında yatan mekanizma belirsizliğini koruyor.
Şimdi, Japonya’daki Nagoya Üniversitesi’nden Profesör Yoshizumi Miyoshi liderliğindeki bir araştırma ekibi, bu mekanizmayı bir şekilde çözdü. “MSW’lerin düşük enerjili protonların ısıtılmasıyla birlikte oluştuğu biliniyor ve çalışmalar MSW’lerin bu ‘soğuk’ iyonları ısıtabildiğini gösteriyor. Arase uydusunun eşzamanlı EMIC dalgalarını gösteren son gözlem verileriyle, EMIC dalgalarının görünümünün aslında MSW aracılı iyon ısıtma süreci ile birleşip eşleşmediğini merak ettik” diyor çalışmanın arkasındaki motivasyonu açıklayan Prof. Miyoshi.
Buna göre ekip, Arase uydusu ile gözlemledikleri MSW’lere ve EMIC dalgalarına, iyon ısıtma yoluyla aralarındaki “çapraz enerji eşleşmesini” incelemek için bir dalga-parçacık etkileşimi analizi yöntemi uyguladı. Sonuçlar aydınlatıcıydı: MSW’ler onları ısıtmak için “soğuk” protonlara enerji aktarırken, protonların aktarılan enerjisinin bir kısmının EMIC dalgalarını heyecanlandırdığını buldular. MSW’lerin sırayla sıcak protonlar tarafından uyarıldıkları göz önüne alındığında, aslında, EMIC dalgalarına enerji aktarımı için aracı bir ajan olarak hareket ettiler, yani sıcak protonlar, soğuk protonlar, MSW’ler ve EMIC dalgaları arasında bir çapraz enerji eşleşmesi. .
Bu bulgular kendi içlerinde heyecan verici olsa da, Prof. Miyoshi, Geospace hakkındaki bilgilerimiz açısından ne kadar önemli olduklarını açıklıyor: “EMIC dalgaları, Van Allen radyasyon kuşaklarında sıklıkla uydu arızalarına neden olan önemli saçılımlara ve ‘öldürücü elektronlar’ kaybına neden oluyor. . Çalışmamızda ortaya çıkan heyecan verici EMIC dalgaları için yeni enerji transfer rotası, Van Allen radyasyon kuşaklarında uydunun daha güvenli operasyonlarını sağlayarak, uzay hava tahminlerinin iyileştirilmesine katkıda bulunabilir.”
Belki de Geospace’in zenginlikleri arasında keşfedilmeyi bekleyen daha ilginç fenomenler var!
Kaynak: Kazushi Asamura, Masafumi Shoji, Yoshizumi Miyoshi, Yoshiya Kasahara, Yasumasa Kasaba, Atsushi Kumamoto, Fuminori Matsuda, Shoosuoka , Mariko Teramoto, Yoichi Kazama ve Iku Shinohara, 10 Aralık 2021, Fiziksel İnceleme Mektupları.
DOI: 10.1103/PhysRevLett.127.245101