सबसे गंभीर प्रकार का चुंबकीय पुन: संयोजन कैसे होता है?

एक सौर ज्वाला कुछ ही मिनटों में पूरी पृथ्वी को 20,000 वर्षों तक बिजली देने के लिए पर्याप्त ऊर्जा प्रदान कर सकती है। इन सौर ज्वालाओं को एक विस्फोटक घटना से ट्रिगर किया जाता है जिसे चुंबकीय पुन: संयोजन के रूप में जाना जाता है, और भौतिकविदों ने पिछली आधी शताब्दी में यह पता लगाने का प्रयास किया है कि यह कैसे काम करता है।

अनुसंधान पर प्रकाश डाला गया कि सबसे गंभीर प्रकार का चुंबकीय पुन: संयोजन कैसे होता है।
यह दृश्य हॉल प्रभाव दिखाता है, जो तब होता है जब भारी आयनों (नीला) की गति हल्के इलेक्ट्रॉनों (लाल) से अलग हो जाती है क्योंकि वे मजबूत विद्युत धाराओं (स्वर्ण क्षेत्र) के साथ क्षेत्र में प्रवेश करते हैं। इमेज क्रेडिट: टॉम ब्रिजमैन / नासा का साइंटिफिक विज़ुअलाइज़ेशन स्टूडियो।

यह वैज्ञानिक जिज्ञासा से कहीं अधिक है: चुंबकीय पुन: संयोजन के अधिक ज्ञान से परमाणु संलयन में नई अंतर्दृष्टि और सौर कण तूफानों के बेहतर पूर्वानुमान हो सकते हैं जो पृथ्वी की परिक्रमा प्रौद्योगिकियों को बाधित कर सकते हैं।

नासा के मैग्नेटोस्फेरिक मल्टीस्केल मिशन (एमएमएस) के वैज्ञानिकों का मानना ​​है कि उन्होंने कोड को क्रैक कर लिया है। शोधकर्ताओं ने यह समझाने के लिए एक सिद्धांत तैयार किया है कि सबसे विस्फोटक प्रकार का चुंबकीय पुन: संयोजन, जिसे तेजी से पुन: संयोजन के रूप में जाना जाता है, कैसे होता है और यह लगातार दर पर क्यों होता है। नया सिद्धांत घरेलू इलेक्ट्रॉनिक्स में देखे जाने वाले एक सामान्य चुंबकीय प्रभाव का लाभ उठाता है जैसे सेंसर जो एंटी-लॉक ब्रेकिंग सिस्टम की निगरानी करते हैं और पता लगाते हैं कि मोबाइल फोन फ्लिप कवर कब बंद होता है।

हम अंत में समझते हैं कि इस प्रकार के चुंबकीय पुन: संयोजन को इतनी तेजी से क्या बनाता है। अब हमारे पास इसे पूरी तरह से समझाने के लिए एक सिद्धांत है.

यी-सीन लियू, अध्ययन के प्रमुख लेखक और भौतिकी के प्रोफेसर, डार्टमाउथ कॉलेज, न्यू हैम्पशायर

लियू एमएमएस ‘सैद्धांतिक और मॉडलिंग टीम के उप नेता भी हैं।

प्लाज्मा में चुंबकीय पुन: संयोजन होता है, जिसे पदार्थ की चौथी अवस्था के रूप में भी जाना जाता है। जब गैस को अपने परमाणुओं को अलग करने के लिए पर्याप्त विद्युतीकृत किया जाता है, तो प्लाज्मा होता है, जिससे नकारात्मक रूप से चार्ज किए गए इलेक्ट्रॉनों और सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए आयनों का मिश्रण सह-अस्तित्व में आ जाता है। चुंबकीय क्षेत्र इस ऊर्जावान, द्रव जैसे पदार्थ के प्रति अत्यंत संवेदनशील होते हैं।

ब्रह्मांड भर में प्लाज्मा चुंबकीय पुन: संयोजन का अनुभव करते हैं, जो तेजी से चुंबकीय ऊर्जा को गर्मी और त्वरण में बदल देता है, सूर्य पर भड़कने से लेकर पृथ्वी के निकट अंतरिक्ष में ब्लैक होल तक। जबकि चुंबकीय पुन: संयोजन की विभिन्न किस्में हैं, तेजी से पुन: कनेक्शन, जो एक अनुमानित दर पर होता है, सबसे अधिक हैरान करने वाला है।

हम कुछ समय के लिए जानते हैं कि तेजी से पुन: कनेक्शन एक निश्चित दर पर होता है जो काफी स्थिर लगता है। लेकिन क्या वास्तव में उस दर को चलाता है, अब तक एक रहस्य रहा है.

बारबरा जाइल्स, प्रोजेक्ट साइंटिस्ट, मैग्नेटोस्फेरिक मल्टीस्केल मिशन, NASA

जाइल्स गोडार्ड स्पेस फ्लाइट सेंटर में रिसर्च साइंटिस्ट भी हैं।

नया शोध, जिसे राष्ट्रीय विज्ञान फाउंडेशन द्वारा आंशिक रूप से वित्त पोषित किया गया था और में प्रकाशित किया गया था प्रकृति का संचार भौतिकी जर्नल, बताता है कि टकराव-रहित प्लाज़्मा में कितनी तेज़ी से पुन: संयोजन होता है, जो प्लाज़्मा होते हैं जिसमें कण इतने फैले हुए होते हैं कि वे एक दूसरे से नहीं टकराते। अंतरिक्ष में अधिकांश प्लाज्मा, जिसमें सौर फ्लेयर्स में प्लाज्मा और पृथ्वी के आसपास का स्थान शामिल है, इस टकराव-रहित स्थिति में है जहां पुन: संयोजन होता है।

नया सिद्धांत बताता है कि कैसे और क्यों हॉल इफेक्ट, जो चुंबकीय क्षेत्र और विद्युत धाराओं के परस्पर क्रिया का वर्णन करता है, तेजी से पुन: संयोजन को तेज करता है। हॉल इफेक्ट एक सामान्य चुंबकीय घटना है जो गति, निकटता, स्थिति या विद्युत धाराओं का आकलन करने के लिए ऑटोमोबाइल व्हील स्पीड सेंसर और 3 डी प्रिंटर जैसी दैनिक तकनीकों में नियोजित होती है।

एक प्लाज्मा में आवेशित कण, जैसे कि आयन और इलेक्ट्रॉन, तेजी से चुंबकीय पुन: संयोजन के दौरान एक समूह के रूप में यात्रा करना बंद कर देते हैं। जैसे ही आयन और इलेक्ट्रॉन अलग होने लगते हैं, हॉल इफेक्ट होता है, जिसके परिणामस्वरूप एक अस्थिर ऊर्जा निर्वात होता है जहां पुन: संयोजन होता है। ऊर्जा निर्वात के चारों ओर चुंबकीय क्षेत्र इस पर दबाव डालते हैं, जिससे यह ढह जाता है, एक अनुमानित दर पर भारी मात्रा में ऊर्जा जारी करता है।

एमएमएस, जो टकराव-रहित प्लाज़्मा में चुंबकीय पुन: संयोजन की जांच के लिए पिरामिड व्यवस्था में पृथ्वी के चारों ओर प्रवाहित चार अंतरिक्ष यान का उपयोग करता है, आने वाले वर्षों में उपन्यास सिद्धांत का परीक्षण करेगा। एमएमएस इस तरह की एक विशेष अंतरिक्ष प्रयोगशाला में पृथ्वी पर जितना संभव होगा, उससे बेहतर रिज़ॉल्यूशन पर चुंबकीय पुन: संयोजन का शोध कर सकता है।

अंततः, अगर हम समझ सकें कि चुंबकीय पुन: संयोजन कैसे संचालित होता है, तो हम उन घटनाओं की बेहतर भविष्यवाणी कर सकते हैं जो हमें पृथ्वी पर प्रभावित कर सकती हैं, जैसे कि भू-चुंबकीय तूफान और सौर भड़कना। और अगर हम समझ सकते हैं कि पुन: संयोजन कैसे शुरू किया जाता है, तो यह ऊर्जा अनुसंधान में भी मदद करेगा क्योंकि शोधकर्ता संलयन उपकरणों में चुंबकीय क्षेत्रों को बेहतर ढंग से नियंत्रित कर सकते हैं.

बारबरा जाइल्स, प्रोजेक्ट साइंटिस्ट, मैग्नेटोस्फेरिक मल्टीस्केल मिशन, NASA

जर्नल संदर्भ:

लियू, वाईएच।, और अन्य। (2022) मैग्नेटोस्फेरिक और सोलर प्लाज़्मा में चुंबकीय पुन: संयोजन की दर का पहला-सिद्धांत सिद्धांत। संचार भौतिकी. doi.org/10.1038/s42005-022-00854-x।

स्रोत: https://www.nasa.gov/goddard/

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