حقوق الصورة: ناسا
يعتقد علماء الفلك أن الشمس تخلق وتدمر المادة المضادة كجزء من عمليتها الطبيعية من تفاعل الاندماج ، لكن الملاحظات الجديدة من المركبة الفضائية رؤوفن راماتي عالية الطاقة الشمسية للتصوير الطيفي (RHESSI) التابعة لناسا جلبت رؤى جديدة في هذه العملية. تتشكل المادة المضادة في التوهجات الشمسية عندما يتم تحطيم الجسيمات سريعة الحركة بواسطة التوهج إلى جسيمات تتحرك ببطء في الغلاف الجوي للشمس (يتم إنشاء ما يكفي من المادة المضادة في توهج واحد فقط لتشغيل الولايات المتحدة لمدة عامين). والمثير للدهشة أن المادة المضادة لم يتم تدميرها على الفور ، بدلاً من ذلك ، يتم نقله بواسطة الشعلة إلى منطقة أخرى من الشمس قبل أن يتم تدميرها.
أفضل نظرة حتى الآن على كيفية تحول الانفجار الشمسي إلى مصنع مضاد للمادة أعطت رؤى غير متوقعة لكيفية عمل الانفجارات الهائلة. قد تزعج الملاحظة النظريات حول كيفية حدوث الانفجارات ، التي تسمى التوهجات الشمسية ، وتدمير المادة المضادة. كما أعطت تفاصيل مدهشة حول كيفية تفجير الجسيمات دون الذرية إلى سرعة الضوء تقريبًا.
يعد التوهج الشمسي من أقوى الانفجارات في النظام الشمسي. أكبرها يمكن أن يطلق الكثير من الطاقة مثل مليار قنبلة نووية ميغا طن. استخدم فريق من الباحثين المركبة الفضائية للتصوير الطيفي الشمسي عالي الطاقة (RHESSI) التابعة لناسا لروفين راماتي لالتقاط صور للتوهج الشمسي في 23 يوليو 2002 ، باستخدام أشعة الشمس عالية الطاقة وإشعاع غاما.
قال الدكتور روبرت لين ، عضو هيئة التدريس بقسم الفيزياء في قسم الفيزياء: "نلتقط صورًا لمشاعل بلون جديد تمامًا ، غير مرئي للعين البشرية ، لذلك نتوقع مفاجآت ، وقد أعطانا RHESSI زوجين بالفعل". جامعة كاليفورنيا ، بيركلي ، وهو الباحث الرئيسي لـ RHESSI.
أشعة جاما والأشعة السينية هي أكثر أشكال الضوء نشاطًا ، مع وجود جزء من ضوء أشعة جاما في أعلى المقياس يحمل طاقة تزيد بملايين المرات من جزيء الضوء المرئي. النتائج هي جزء من سلسلة من الأوراق حول ملاحظة RHESSI التي سيتم نشرها في رسائل مجلة الفيزياء الفلكية 1 أكتوبر.
المادة المضادة تقضي على المادة الطبيعية في موجة من الطاقة ، تلهم كتاب الخيال العلمي لاستخدامها كمصدر قوي للغاية لدفع المركبات الفضائية. لا تخلق التكنولوجيا الحالية سوى كميات دقيقة ، عادة في آلات طويلة الأميال تستخدم لتحطيم الذرات معًا ، لكن العلماء اكتشفوا أن توهج يوليو 2002 خلق نصف كيلو (حوالي رطل واحد) من المادة المضادة ، بما يكفي لتشغيل الولايات المتحدة بأكملها لمدة يومين. وفقًا لصور وبيانات RHESSI ، لم يتم تدمير هذه المادة المضادة حيث كان متوقعًا.
غالبًا ما يطلق على المادة المضادة "صورة المرآة" للمادة العادية ، لأنه لكل نوع من جسيمات المادة العادية ، يمكن إنشاء جسيم مضاد للمادة يكون متطابقًا باستثناء شحنة كهربائية معاكسة أو خصائص أساسية أخرى.
المادة المضادة نادرة في عالم اليوم. ومع ذلك ، يمكن إنشاؤه في تصادمات عالية السرعة بين جزيئات المادة العادية ، عندما تذهب بعض الطاقة من التصادم إلى إنتاج المادة المضادة. يتم إنشاء المادة المضادة في التوهجات عندما تتصادم الجسيمات سريعة الحركة أثناء التوهج مع الجسيمات الأبطأ في الغلاف الجوي للشمس.
وفقًا لنظرية التوهج ، تحدث هذه التصادمات في مناطق كثيفة نسبيًا من الغلاف الجوي الشمسي ، لأن العديد من التصادمات مطلوبة لإنتاج كميات كبيرة من المادة المضادة. توقع العلماء أنه سيتم القضاء على المادة المضادة بالقرب من نفس الأماكن ، حيث يوجد الكثير من جزيئات المادة العادية التي تصادفها. قال الدكتور جيرالد شير من مختبر الأبحاث البحرية ، واشنطن العاصمة ، المؤلف الرئيسي لورقة عن ملاحظات RHESSI لتدمير المادة المضادة في اشتعال 23 يوليو: "لا ينبغي أن تكون المادة المضادة بعيدة".
ومع ذلك ، في نسخة كونية من لعبة الصدفة ، يبدو أن هذا التوهج قد يكون قد أزال المادة المضادة حولها ، مما أدى إلى إنتاجها في مكان واحد وتدميرها في مكان آخر. سمحت RHESSI بالتحليل الأكثر تفصيلاً حتى الآن لأشعة جاما المنبعثة عندما تبطل المادة المضادة المادة العادية في الغلاف الجوي الشمسي. يشير التحليل إلى أن المادة المضادة للشعلة ربما تكون قد دمرت في مناطق حيث درجات الحرارة المرتفعة جعلت كثافة الجسيمات أقل 1000 مرة من حيث كان يجب إنشاء المادة المضادة.
وبدلاً من ذلك ، ربما لا توجد "لعبة صدفة" على الإطلاق ، وتكون المشاعل قادرة على إنشاء كميات كبيرة من المادة المضادة في المناطق الأقل كثافة ، أو قد تكون المشاعل بطريقة ما قادرة على الحفاظ على مناطق كثيفة على الرغم من درجات الحرارة المرتفعة ، أو تم إنشاء المادة المضادة "على اركض "بسرعات عالية ، وأعطى الخلق عالي السرعة مظهر منطقة درجة حرارة عالية ، وفقًا للفريق.
كما أن التوهجات الشمسية قادرة أيضًا على تفجير الجسيمات المشحونة كهربائيًا في الغلاف الجوي للشمس (الإلكترونات والأيونات) إلى سرعة الضوء تقريبًا (حوالي 186000 ميل في الثانية أو 300000 كم / ثانية). كشفت ملاحظة RHESSI الجديدة أن التوهجات الشمسية بطريقة ما تقوم بفرز الجسيمات ، إما عن طريق كتلتها أو شحنتها الكهربائية ، لأنها تدفعها إلى سرعات فائقة.
قال الدكتور جوردون هورفورد من جامعة كاليفورنيا ، بيركلي ، المؤلف الرئيسي لإحدى خمس عشرة ورقة حول هذا البحث: "هذا الاكتشاف هو ثورة في فهمنا للتوهجات الشمسية".
الغلاف الجوي هو غاز من الجسيمات المشحونة كهربائيًا (الإلكترونات والأيونات). بما أن هذه الجسيمات تشعر بقوى مغناطيسية ، فهي مضطرة للتدفق على طول المجالات المغناطيسية التي تتخلل الغلاف الجوي للشمس. يُعتقد أن التوهجات الشمسية تحدث عندما تصبح المجالات المغناطيسية في الغلاف الجوي للشمس ملتوية وتندفع فجأة إلى تكوين جديد ، مثل كسر شريط مطاطي عند الضغط الزائد. وهذا ما يسمى إعادة الاتصال المغناطيسي.
في السابق ، اعتقد العلماء أن الجسيمات في الغلاف الجوي الشمسي قد تسارعت عندما تم سحبها جنبًا إلى جنب مع المجال المغناطيسي حيث انقطعت إلى شكل جديد ، مثل حجر في مقلاع. ومع ذلك ، إذا كان الأمر بهذه البساطة ، فسيتم تصوير جميع الجسيمات في نفس الاتجاه. تظهر الملاحظات الجديدة من RHESSI أن الأمر ليس كذلك ؛ الجسيمات الأثقل (أيونات) تنتهي في موقع مختلف عن الجسيمات الأخف (الإلكترونات).
قال الدكتور كريج ديفوريست ، باحث في مجال الطاقة الشمسية في مؤسسة ساوث ويست ريسيرش إنست "إن النتيجة مدهشة مثل قيام عمال مناجم الذهب بتفجير وجه منحدر صخري واكتشاف أن الانفجار ألقى بكل الأوساخ في اتجاه واحد وكل الذهب في اتجاه آخر". بولدر ، كولو.
الوسائل التي من خلالها تشتعل الجسيمات بالكتلة غير معروفة ؛ هناك العديد من الآليات الممكنة ، بحسب الفريق. بدلا من ذلك ، يمكن فرز الجسيمات حسب شحنتها الكهربائية ، حيث أن الأيونات مشحونة بشكل إيجابي والإلكترونات مشحونة سلبا. إذا كان الأمر كذلك ، فسيتعين توليد مجال كهربائي في التوهج ، حيث تتحرك الجسيمات في اتجاهات مختلفة في المجال الكهربائي وفقًا لشحنتها. في كلتا الحالتين ، لا يزال الاتصال المغناطيسي يوفر الطاقة ، ولكن عملية التسريع أكثر تعقيدًا.
كان الدليل الذي دفع العلماء إلى هذا السلوك المدهش هو ملاحظة RHESSI بأن أشعة غاما من توهج 23 يوليو لم تنبعث من نفس المواقع التي تنبعث منها الأشعة السينية ، كما تتوقع النظرية. وفقًا لنظريات التوهج الشمسي ، يتم تسريع الإلكترونات والأيونات إلى السرعات العالية أثناء التوهج وتتسابق إلى أسفل الهياكل المغناطيسية على شكل قوس. تصطدم الإلكترونات في الغلاف الجوي الشمسي الأكثر كثافة بالقرب من نقطتي القدم للأقواس ، وتنبعث منها الأشعة السينية عندما تصادف بروتونات مشحونة كهربائيًا هناك تحرفها. يجب أن تنبعث أشعة جاما من نفس المواقع عندما تصطدم الأيونات عالية السرعة أيضًا بهذه المناطق.
بينما لاحظت RHESSI منطقتين ينبعثتان من الأشعة السينية عند نقاط الأقدام ، كما هو متوقع ، اكتشفت فقط توهج أشعة غاما منتشر يتمركز في موقع مختلف على بعد حوالي 15000 كيلومتر (حوالي 9300 ميل) جنوب مواقع الأشعة السينية.
قال الدكتور بريان دينيس من مركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لوكالة ناسا ، غرين بيلت ، ماريلاند ، وهو عالم المهمة في RHESSI: "كل اكتشاف جديد يظهر أننا بدأنا للتو في فهم ما يحدث في هذه الانفجارات الضخمة". تم إطلاق RHESSI في 5 فبراير 2002 ، مع جامعة كاليفورنيا ، بيركلي ، المسؤولة عن معظم جوانب المهمة ، و NASA Goddard المسؤولة عن إدارة البرنامج والإشراف الفني.
المصدر: بيان وكالة ناسا
