up
Search      menu
ستاره شناسی :: مقاله جريان پلاسماي خورشيد PDF
QR code - جريان پلاسماي خورشيد

جريان پلاسماي خورشيد

پلاسما گازي ست که از يون هايي که آزادانه شناورند تشکيل شده اند. پلاسما جريانات الکتريکي را هدايت مي کند (رساناست) و به وسيله ويليام کروکس در سال ۱۸۷۹ کشف شد. انواع بسيار مختلفي از پلاسما وجود دارد. پلاسما در ستارگان (شامل خورشيد) وجود دارد و باد خورشيدي در منظومه شمسي ما از پلاسما ساخته شده.
دانشمندان پلاسما را حالت چهارم ماده مي دانند، يعني مايع، جامد، گاز و پلاسما. اين ماده با ماهيت محيط يونيزه ، ترکيبي از يونهاي مثبت و الکترون با غلظت معين مي‌باشد که مقدار الکترونها و يونهاي مثبت در يک محيط پلاسما تقريبا برابر است و حالت پلاسماي مواد ، تقريبا حالت شبه خنثايي دارد. پديده‌هاي طبيعي زيادي از جمله آتش ، خورشيد ، ستارگان و غيره در رده حالت پلاسمايي ماده قرار مي‌گيرند. پلاسما شبيه به گاز است، ولي مرکب از ذرات باردار متحرکي به نام يون است. يونها بشدت تحت تاثير نيروهاي الکتريکي و مغناطيسي قرار مي‌گيرند. مواد طبيعي در حالت پلاسما عبارتند از انواع شعله ، بخش خارجي جو زمين ، اتمسفر ستارگان ، بسياري از مواد موجود در فضاي سحابي و بخشي از دم ستاره دنباله‌دار و شفقهاي قطبي شمالي. نمايش خيره کننده از حالت پلاسمايي ماده است که در ميدان مغناطيسي جريان مي‌يابد. بد نيست بدانيد که دانش امروزي حالات ديگري از جمله برهمکنش ضعيف و قوي هسته‌اي را نيز در دسته‌بنديها بعنوان حالات پنجم و ششم ماده بحساب مي‌آورد که از اين حالات در توجيه خواص نکلئونهاي هسته ، نيروهاي هسته‌اي ، واکنش هاي هسته‌اي و در کل فيزيک ذرات بنيادي استفاده مي‌شود.
● ساختار پلاسما :
عموما پلاسما را مجموعه‌اي از يونها ، الکترونها و اتمهاي خنثي جدا از هم و تقريبا در حال تعادل مکانيکي الکتريکي مي‌گويند. حالتهاي خاصي را در مقابل مغناطيس نشان مي‌دهد. اين رفتارها کاملا برعکس رفتار گازها در مقابل ميدان مغناطيسي است. زيرا گازها به سبب خنثي بودنشان از لحاظ بار الکتريکي توانايي عکس ‌العمل در مقابل مغناطيس و ميدان وابسته به آن را ندارند. در کنار اين رفتار پلاسما مي‌تواند تحت تاثير ميدان مغناطيسي دروني که از حرکت يونهاي داخلي به عمل مي‌آيد قرار گيرد. همچنين پلاسما بعلت رفتار جمعيتي که از خود نشان مي‌دهد، گرايشي به متاثر شدن در اثر عوامل خارجي ندارد. و اغلب طوري رفتار مي‌کند که گويي داراي رفتار مخصوص به خودش است. معيار ديگر براي پلاسما آن است که فراواني بارهاي مثبت و منفي بايد چندان زياد نباشد که هر گونه عدم توازن موضعي بين غلظت‌هاي اين بارها غير ممکن باشد. مثلا بار مثبت به سرعت بارهاي منفي را به سوي خود مي‌کشد تا توازن بار از نوع برقرار سازد. بنابراين اگرچه پلاسما به مقدار زيادي بار آزاد دارد، ولي از لحاظ بار الکتريکي خنثي است. ماده در حالت پلاسما نسبت به حالتهاي جامد ، مايع و گاز نظم کمتري دارد. با اين حال خنثي بودن الکتريکي پلاسما بطور متوسط انرژي از نظم را نشان مي‌دهد. اگر پلاسما تا دماي زياد حرارت داده شود، نظم موجود در پلاسما از بين مي‌رود و ماده به توده درهم و برهم و کاملا نامنظم ذرات منفرد تبديل مي‌شود. بنابراين پلاسما گاهي نظير سيارات ، رفتاري جمعي و گاهي نظير ذرات منفرد ، بصورت کاملا تکي عمل مي‌کند. بدليل همين رفتارهاي عجيب و غريب است که غالبا پلاسما در کنار گازها و مايعات و جامدات ، چهارمين حالت ماده معرفي مي‌شود. بنابراين با توجه به اينکه چگالي پلاسما قابل توجه مي‌باشد. مدولانک در تک ذرات منفرد به مشکلات رفتار پلاسما افزوده مي‌شود.
● ضرورت بررسي پلاسماي طبيعي :
با وجود اين پيچيدگي‌ها با عنايت به اينکه ۹۹ درصد ماده موجود در طبيعت و جهان در حالت پلاسما است. علاقمندي ما به پلاسما جدا از بسياري کاربردها نظير توليد انرژي، عدسي پلاسمايي براي کانونش انرژي و ... معتدل مي‌باشد، چرا که از ترک زمين ، با انواع پلاسماها مانند «يونسفر ، کمربندها و بادهاي خورشيدي) مواجه مي‌شويم. بنابراين فيزيک پلاسما نيز در کنار ساير شاخه‌هاي علوم فيزيکي ، در شناخت محيط زندگي ما در قالب رشته ژئوفيزيک از يک اهميت زيادي برخوردار است.
● انواع پلاسما
پلاسماي جو: نزديکترين پلاسما به ما «کره زمين) ، يونوسفر (Ionosphere) مي‌باشد که از صد و پنجاه کيلومتري سطح زمين شروع و به طرف بالا ادامه مي‌يابد. لايه‌هاي بالاتر يونسفر ، فيزيک سيستمها به فرم پلاسما مي باشند که توسط تابش موج کوتاه در حوزه وسيعي ، از طيف اشعه فرابنفش گرفته تا پرتوهاي ايکس و همچنين بوسيله پرتوهاي کيهاني و الکترونهايي که به گلنونسفر اصابت مي‌کنند يونيزه مي‌شوند.
▪ شفق قطبي: پديده شفق نيز نوعي پلاسما است که تحت اثر يونيزاسيون ايجاد مي‌شود. يونسفر پلاسمايي با جذب پرتوهاي ايکس ، فرابنفش ، تابش خورشيدي ، انعکاس امواج کوتاه و راديويي اهميت اساسي در ارتباط راديويي در سرتاسر جهان دارد. با همه اين احوال نه تنها زمين بلکه زهر و مريخ نيز فضايي يونسفري دارند. ملاحظات نظري نشان مي‌دهد که در ساير سياره‌هاي منظومه شمسي نظير مشتري ، زحل ، اورانوس ، نپتون نيز بايد يونسفرهاي قابل مشاهده وجود داشته باشد.
فضاي بين سياره‌اي نيز از پلاسماي بين سياره‌اي در حال انبساط پر شده که محتواي يک ميدان مغناطيسي ضعيف (حدود ۵ به توان ۱۰- تسلا) است.
هسته‌هاي ستارگان دنباله دار نيز به فضاي بين پلاسمايي پرتاب مي‌کند.
از طرف ديگر ، خورشيد منظومه شمسي مانند يک کره پلاسمايي است. درخشندگي شديد خورشيد ، معمولا عين يک درخشندگي پلاسمايي مي‌باشد. خورشيد به سه قشر گازي فتوسفر کروموسفر و کورونا (که کروناي آن بيش از يک ميليون درجه ، حرارت دارد) احاطه شده است و انتظار مي‌رود که هزارها سال به درخشندگي خود ادامه بدهد.
▪ کاربرد پلاسماي يونسفر : يونوسفر زمين در ارتباطات راديويي اهميت زيادي دارد. توضيح اين نکته لازم است که يونوسفر ، امواج راديويي با فرکانسهاي بيش از ۳۰ مگاهرتز (بين امواج رادار و تلويزيون) را عبور مي‌دهد. ولي امواج با فرکانسهاي کمتر (کوتاه ، متوسط و بلندراديويي) را منعکس مي کند. همچنين شايان ذکر است که ضخامت يونسفر زمين که از چند لايه منعکس کننده تشکيل شده است با عواملي نظير شب و روز آشفتگي پلاسمايي سطح خورشيد در ارتباط نزديک مي‌باشد.
▪ بادهاي خورشيدي : خورشيد منظومه شمسي منبع نيرومندي از جريان مداوم پلاسما به صورت باد خورشيدي است. باد خورشيدي اصطلاحي براي ذرات تشعشع يافته نظير بادهايي در حدود ۱۰۰ هزار درجه کلوين است. باد خورشيدي پديده پيچيده‌اي است که سرعت و چگالي آن متغير مي‌باشد. متغير بودن پلاسماي بادي به فعاليت خورشيد بستگي دارد. گفتني است که به دليل ۱۰۰ برابر بودن انرژي جنبشي پلاسما نسبت به انرژي مغناطيسي‌اش ، اصطلاح باد مغناطيسي به آن داده‌اند.
● حالات ماده از جامد تا پلاسما
مايعات و گازها شاره هستند، يعني جريان مي‌يابند. اين اجسام شکل معيني ندارند و شکل ظرفي را که در آن قرار دارند به خود مي‌گيرند، در حالي که مقدار معيني دارند. مثلا مقدار آب ، دي اکسيد کربن ، هوا ، شير و غيره جرم قابل اندازه گيري و معيني دارند، اما نمي‌توانند همانند جامدات با اعمال نيروي پس زني کشاني ، در مقابل تغيير شکل ، مقاومت کنند.
انديشه اوليه تئوري مولکولي مربوط به رابرت براوان بوده و بر پايه عقايد خود چندين نوع آزمايشات را انجام داد از جمله در يک ليوان شيشه‌اي پر از آب يک قطره جوهر ريخته و حرکت جوهر را بررسي کرد. اين حرکت نامنظم و زيگ زاگ و در هم و بر هم مولکولي را حرکت براوني گويند. ولي اينها تمام حالات ماده نيستند. اشکال ماده بطور کلي عبارتند از: جامد ، مايع ، گاز ، پلاسما و ماده چگال بوز - انيشتين و حالت تازه کشف شده يعني ماده چگال فرميوني.
● مواد جامد
مواد جامد در برابر تغيير شکل مقاومت مي‌کنند و آنها سفت و شکننده هستند.
براي درک چگونگي اين موضوع مي‌توان جامدات را اينگونه تعريف کنيم:
در حالت جامد ، نيروهاي بين مولکولي ، به قدري قويتر از انرژي جنبشي هستند که باعث سخت شدن جسم در نتيجه عدم جاري شدن آن مي‌گردند. جامدات شکل و حجم معيني دارند. در جامدات فاصله مولکولها مانند فاصله آنها در مايع است. جامدات نمي‌توانند مانند وضعيتي که حالات مايع و گاز دارند، آزادانه به اطراف حرکت کنند. بلکه ، در جامد ، مولکولها در مکانهاي خاصي قرار مي‌گيرند و فقط مي‌توانند در اطراف اين مکانها حرکت نوساني رفت و برگشتي بسيار کوچک انجام دهند. اين حرکت نوساني ، بخصوص در جامدات بلورين ، کاربردهاي صنعتي و علمي زيادي را براي اين دسته از مواد به دنبال دارد.
▪ جامدات بلورين: وقتي مايع به آرامي سرد شود مولکولهاي مايع فرصت پيدا مي‌کنند که شکل منظم و ثابتي به خود بگيرند، مثل فلزات.
▪ جامدات بي شکل: وقتي مايعي به سرعت سرد شود مولکولهاي مايع ديگر فرصت ندارند که شکل منظم و ثابتي به خود بگيرند،مانند: چوب ، پنبه، عاج، شيشه.
● مواد مايع
در حالت مايع ، مولکولها به هم نزديکتر بوده ، بطوري که نيروهاي مابين آنها قويتر از انرژي جنبشي آنان مي‌باشد. از طرف ديگر ، نيروها آنقدر قوي نيستند که قادر به ممانعت از حرکت مولکولها گردند. از اين روست که جريان مايع از ظرفي به ظرف ديگر شدني است، اما نسبت سرعت جاري شدن آب در مقايسه با مايعات ديگر از قبيل روغنها و گلسيرين بسيار متفاوت است که اين تفاوت در سرعت جاري شدن ، ميزان مقاومت يک مايع در مقابل جاري شدن ، يعني ويسکوزيته آن خوانده مي‌شود که خود تابعي از شکل ، اندازه مولکولي ، درجه حرارت و فشار مي‌باشد. بنابراين مايعات حجم معين و شکل نامعيني دارند. فاصله مولکولها در مايعات در مقايسه با گازها بسيار کم است. در مايعات مولکولها به اطراف خود حرکت مي‌کنند و به سهولت روي هم مي‌لغزند و راحت جريان (شارش) پيدا مي‌کنند. مواد مايع با قابليت شکل پذيري و جريان يافتن در شبکه‌هاي ريز ، کاربردهاي زيادي در صنعت پيدا کرده‌اند.
● گاز
بطور کلي مي‌توان گازها را اينگونه تعريف کرد؛ گاز ها کم چگالند و ساده متراکم مي‌شوند و نه تنها شکل ظرف خود را مي‌گيرند، بلکه آنقدر منبسط مي‌شوند تا ظرف را کاملا پر کنند. اما اگر بخواهيم گازها را بهتر بشناسيم مي‌توانيم بگوييم که؛ حالت فيزيکي مواد در شرايط فشار و درجه حرارت طبيعي ، بستگي به اندازه مولکولي و نيروهاي في‌مابين آن دارد. اگر مقدار کمي از يک گاز ، در يک تانک نسبتا بزرگي قرار گيرد، مولکولهاي آن با سرعت در سرتاسر تانک پخش مي‌شوند. پخش سريع مولکولهاي گاز دلالت بر آن ميکند که نيروهاي موجود فيمابين مولکولها ، بمراتب ضعيفتر از انرژي جنبشي آن است و از آنجايي که ممکن است مقدار کمي از يک گاز در سرتاسر تانک يافت شود، نشان دهنده آن است که مولکولهاي گاز بايد نسبتا از هم فاصله گرفته باشند. بنابراين گازها شکل و حجمشان بستگي به ظرفي دارد که در آن جاي دارند.
در حالت گازي ، مولکولها آزادانه به اطراف حرکت کرده و با يکديگر و نيز با ديواره ظرف برخورد مي‌کنند. فاصله مولکولها در حالت گازي در حدود چند ده برابر فاصله آنها در حالت مايع و جامد است. اگر در يک ظرف نوشابه پلاستيکي را بسته و آنرا متراکم کنيد و سپس آنرا با آب پر کرده و دوباره سعي کنيد که آنرا متراکم کنيد، در حالت اول به علت فاصله زياد بين مولکولي در گاز ، متراکم کردن سنگينتر و سختتر صورت مي‌گيرد، در صورتي که در حالت دوم چنين نيست.
● پلاسما
حالت چهارم ماده پلاسما شبيه گاز است و از اتمهايي تشکيل شده است که تمام يا تعدادي از الکترونهاي خود را از دست داده‌اند (يونيده شده‌اند). بيشتر مواد جهان در حالت پلاسما هستند مانند خورشيد که از پلاسما تشکيل شده است. پلاسما اغلب بسيار گرم است و مي‌توان آن را در ميدان مغناطيسي به دام انداخت. اما در تعريفي کلي از پلاسما بايد گفت که؛ پلاسما حالت چهارمي از ماده است که دانش امروزي نتوانسته آنها را جزو سه حالت ديگر پندارد و مجبور شده آنرا حالت مستقلي به حساب آورد. اين ماده با ماهيت محيط يونيزه ، ترکيبي از يونهاي مثبت و الکترون با غلظت معين مي‌باشد که مقدار الکترونها و يونهاي مثبت در يک محيط پلاسما تقريبا برابر است و حالت پلاسماي مواد ، تقريبا حالت شبه خنثايي دارد. پديده‌هاي طبيعي زيادي از جمله آتش ، خورشيد ، ستارگان و غيره در رده حالت پلاسمايي ماده قرار مي‌گيرند.
پلاسما شبيه به گاز است، ولي مرکب از ذرات باردار متحرکي به نام يون است. يونها به شدت تحت تأثير نيروهاي الکتريکي و مغناطيسي قرار مي‌گيرند. مواد طبيعي در حالت پلاسما عبارتند از انواع شعله ، بخش خارجي جو زمين ، اتمسفر ستارگان ، بسياري از مواد موجود در فضاي سحابي و بخشي از دم ستاره دنباله‌دار و شفقهاي قطبي شمالي که نمايش خيره کننده‌اي از حالت پلاسمايي ماده است که در ميدان مغناطيسي جريان مي‌يابد.
بد نيست بدانيد که دانش امروزي حالات ديگري از جمله برهمکنش ضعيف و قوي هسته‌اي را نيز در دسته‌بنديها به عنوان حالات پنجم و ششم ماده بحساب مي‌آورد که از اين حالات در توجيه خواص نوکلئونهاي هسته ، نيروهاي هسته‌اي ، واکنشهاي هسته‌اي و در کل فيزيک ذرات بنيادي استفاده مي‌شود.

خورشيد ستاره اي است از ستارگان رشته اصلي که ۵ ميليارد سال از عمرش مي گذرد. اين ستاره کروي شکل بوده و عمدتا از گازهاي هيدروژن و هليوم تشکيل شده است. وس ...

خورشيد خورشيد، گوي غول پيکر درخشاني در وسط منظومه شمسي و تامين کننده نور، گرما و انرژي هاي ديگر زمين است. sun - خورشيداين ستاره به طور کامل از گاز تشک ...

در يک کسوف ، قرص ماه به اندازه کافي بزرگ باشد، طوري که تمامي فام سپهر را بپوشاند و در اطراف خورشيد مقابل زمينه تاريک آسمان ، خرمني به سفيدي مرواريد ظا ...

انرژي خورشيد يکي از منابع تامين انرژي رايگان، پاک و عاري از اثرات مخرب زيست محيطي است که از دير باز به روش هاي گوناگون مورد استفاده بشر قرار گرفته است ...

بر پايه ي بررسي هاي تازه اي ادعا شده که خورشيد کوچک تر از آن چيزي است که تصور مي شود. اگر اين گونه باشد، آن گاه ويژگي هاي ديگر خورشيد مانند دماي دروني ...

براي دومين بار، پژوهشگران موفق شدند مولکول هاي آلي را در اطراف سياره اي مشتري مانند و داغ در خارج از منظومه شمسي کشف کنند. اين بدان معني است که فراوان ...

اطلاعات مربوط به جرم ستارگان از مسائل بسيار مهم به شمار مي رود. تنها راهي که براي تخمين جرم يک ستاره در دست داريم آن است که حرکت جسم ديگري را که بر گر ...

● آشکار سازي جهانهاي دور ستاره شناسان تا کنون بيش از ۱۶۰ سياره بيرون از منظومه ي شمسي ما کشف کرده اند. واقعاً اين دنياها چه شکلي هستند؟ تا سال ۱۹۹۹ ست ...

دانلود نسخه PDF - جريان پلاسماي خورشيد