นำดวงอาทิตย์เข้าไปในห้องทดลอง

ที่อุณหภูมิ 15 ล้านองศาเซลเซียส ใจกลางดวงอาทิตย์ของเราจะร้อนอย่างเหลือเชื่อ ที่ผิวของมัน มันเปล่งแสงที่อุณหภูมิค่อนข้างปานกลาง 6,000 องศาเซลเซียส ดร.แฟรงก์ สเตฟานี กล่าวว่า "น่าประหลาดใจยิ่งกว่าที่จู่ๆ อุณหภูมิหลายล้านองศาก็กลับมีชัยเหนือโคโรนาของดวงอาทิตย์อีกครั้ง" ทีมของเขาทำการวิจัยที่ HZDR Institute of Fluid Dynamics เกี่ยวกับฟิสิกส์ของเทห์ฟากฟ้า รวมถึงดาวฤกษ์ศูนย์กลางของเราด้วย สำหรับ Stefani ปรากฏการณ์ความร้อนของโคโรนายังคงเป็นหนึ่งในปริศนาที่ยิ่งใหญ่ของฟิสิกส์สุริยะ ซึ่งยังคงวนเวียนอยู่ในความคิดของเขาในรูปแบบของคำถามง่ายๆ ว่า "ทำไมหม้อถึงอุ่นกว่าเตา" สนามแม่เหล็กนั้นมีบทบาทสำคัญในการให้ความร้อนแก่โคโรนาของดวงอาทิตย์ ปัจจุบันเป็นที่ยอมรับอย่างกว้างขวางในฟิสิกส์ของดวงอาทิตย์ อย่างไรก็ตาม ยังคงเป็นที่ถกเถียงกันว่าผลกระทบนี้มีสาเหตุหลักมาจากการเปลี่ยนแปลงอย่างกะทันหันของโครงสร้างสนามแม่เหล็กในพลาสมาของดวงอาทิตย์ หรือจากการลดระดับของคลื่นประเภทต่างๆ งานใหม่ของทีม Dresden มุ่งเน้นไปที่คลื่น Alfvén ที่เกิดขึ้นใต้โคโรนาในพลาสมาร้อนของชั้นบรรยากาศสุริยะ ซึ่งแทรกซึมอยู่ในสนามแม่เหล็ก สนามแม่เหล็กที่กระทำกับอนุภาคไอออไนซ์ของพลาสมาจะมีลักษณะคล้ายกับสายกีตาร์ ซึ่งการเล่นจะทำให้เกิดการเคลื่อนที่ของคลื่น เช่นเดียวกับที่ระดับเสียงดีดของสายดีดเพิ่มขึ้นตามความตึง ความถี่และความเร็วในการแพร่กระจายของคลื่นอัลฟ์เวนจะเพิ่มขึ้นตามความแรงของสนามแม่เหล็ก "ใต้โคโรนาของดวงอาทิตย์มีสิ่งที่เรียกว่าหลังคาแม่เหล็ก ซึ่งเป็นชั้นที่สนามแม่เหล็กเรียงตัวขนานกับพื้นผิวดวงอาทิตย์เป็นส่วนใหญ่ ที่นี่ คลื่นเสียงและคลื่นอัลฟ์เวนมีความเร็วพอๆ กัน ดังนั้นจึงสามารถแปรสภาพเข้าหากันได้ง่าย เรา ต้องการที่จะไปให้ถึงจุดที่มหัศจรรย์นี้ ซึ่งการเปลี่ยนแปลงของพลังงานแม่เหล็กของพลาสม่าเป็นความร้อนจะเริ่มต้นขึ้นในลักษณะคล้ายการกระแทก" สเตฟานีกล่าวโดยสรุปเป้าหมายของทีม การทดลองที่อันตราย? ไม่นานหลังจากการทำนายในปี 1942 คลื่นอัลฟ์เวนถูกตรวจพบในการทดลองโลหะเหลวครั้งแรก และต่อมาได้ศึกษาโดยละเอียดในสิ่งอำนวยความสะดวกทางฟิสิกส์พลาสมาที่ซับซ้อน เฉพาะเงื่อนไขของหลังคาแม่เหล็กซึ่งถือว่ามีความสำคัญต่อการให้ความร้อนของโคโรนาเท่านั้นที่ยังไม่สามารถเข้าถึงได้สำหรับนักทดลองจนถึงขณะนี้ ในแง่หนึ่ง ในการทดลองพลาสมาขนาดใหญ่ ความเร็วของอัลฟ์เวนมักจะสูงกว่าความเร็วของเสียงมาก ในทางกลับกัน ในการทดลองโลหะเหลวทั้งหมดจนถึงปัจจุบัน มีค่าต่ำกว่ามาก เหตุผลนี้: ความแรงของสนามแม่เหล็กที่ค่อนข้างต่ำของขดลวดตัวนำยิ่งยวดทั่วไปที่มีสนามคงที่ประมาณ 20 เทสลา แล้วสนามแม่เหล็กแบบพัลซิ่ง เช่น สนามแม่เหล็กที่สามารถสร้างได้ที่ Dresden High Magnetic Field Laboratory (HLD) ของ HZDR ที่มีค่าสูงสุดเกือบ 100 เทสลาล่ะ สิ่งนี้สอดคล้องกับความแรงของสนามแม่เหล็กโลกประมาณสองล้านเท่า: สนามที่สูงมากเหล่านี้จะทำให้คลื่นอัลฟ์เวนทะลุผ่านกำแพงเสียงได้หรือไม่? จากการดูคุณสมบัติของโลหะเหลว เป็นที่ทราบล่วงหน้าว่ารูบิเดียม โลหะแอลคาไล ถึงจุดมหัศจรรย์นี้แล้วที่ 54 เทสลา แต่รูบิเดียมติดไฟได้เองในอากาศและทำปฏิกิริยารุนแรงกับน้ำ ในตอนแรกทีมจึงสงสัยว่าการทดลองที่เป็นอันตรายเช่นนี้สมควรหรือไม่ Dr. Thomas Herrmannsdörfer จาก HLD เล่าว่า ข้อสงสัยต่างๆ หมดไปอย่างรวดเร็ว “ระบบจ่ายพลังงานของเราสำหรับการทำงานของแม่เหล็กพัลส์จะแปลง 50 เมกะจูลในเสี้ยววินาที ในทางทฤษฎีแล้ว เราสามารถส่งเครื่องบินพาณิชย์ขึ้นบินได้ เสี้ยววินาที เมื่อฉันอธิบายให้เพื่อนร่วมงานฟังว่าหนึ่งในพันของพลังงานเคมีของรูบิเดียมเหลวนี้ไม่ได้ทำให้ฉันกังวลมากนัก สีหน้าของพวกเขาก็สดใสขึ้นอย่างเห็นได้ชัด" ทะลุผ่านกำแพงเสียงแม่เหล็ก อย่างไรก็ตาม มันยังคงเป็นเส้นทางที่ยากลำบากสำหรับการทดลองที่ประสบความสำเร็จ เนื่องจากความดันสูงถึงห้าสิบเท่าของความดันบรรยากาศที่เกิดขึ้นในสนามแม่เหล็กแบบพัลซิ่ง รูบิเดียมที่หลอมละลายจึงต้องถูกบรรจุในภาชนะเหล็กกล้าไร้สนิมที่แข็งแรง ซึ่งนักเคมีที่มีประสบการณ์ซึ่งเกษียณอายุแล้วเป็นผู้บรรจุ การฉีดกระแสไฟสลับที่ด้านล่างของภาชนะบรรจุในขณะเดียวกันก็ปล่อยออกสู่สนามแม่เหล็ก ในที่สุดก็เป็นไปได้ที่จะสร้างคลื่นอัลฟ์เวนในเนื้อหลอมเหลว ซึ่งการเคลื่อนที่ขึ้นจะถูกวัดด้วยความเร็วที่คาดไว้ ความแปลกใหม่: ในขณะที่ความแรงของสนามเวทย์มนตร์สูงถึง 54 เทสลา การวัดทั้งหมดถูกครอบงำด้วยความถี่ของสัญญาณกระแสสลับ ณ จุดนี้ สัญญาณใหม่ที่มีความถี่ลดลงครึ่งหนึ่งปรากฏขึ้น ช่วงเวลาที่เพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าอย่างกะทันหันนี้สอดคล้องกับการคาดการณ์ทางทฤษฎีอย่างสมบูรณ์ คลื่นอัลฟ์เวนของทีมสเตฟานีทะลุกำแพงเสียงเป็นครั้งแรก แม้ว่าจะยังไม่สามารถอธิบายผลกระทบที่สังเกตได้ทั้งหมดอย่างง่ายดาย แต่ผลงานชิ้นนี้มีส่วนสำคัญในการไขปริศนาของความร้อนโคโรนาของดวงอาทิตย์ สำหรับอนาคต นักวิจัยกำลังวางแผนการวิเคราะห์เชิงตัวเลขโดยละเอียดและการทดลองเพิ่มเติม การวิจัยเกี่ยวกับกลไกการให้ความร้อนของโคโรนาของดวงอาทิตย์กำลังดำเนินการในที่อื่นๆ เช่น ยานสำรวจอวกาศ Parker Solar Probe และ Solar Orbiter กำลังจะได้รับข้อมูลเชิงลึกใหม่ๆ ในระยะใกล้