چرا منظومه شمسی داخلی با سرعت کمتری می چرخد؟

یک صفحه نازک از گاز و غبار که به عنوان قرص برافزایشی شناخته می شود، به دور ستاره های جوان می چرخد. این قرص ها که سیارات از آنها تشکیل می شوند، حاوی مواد باقی مانده از ستاره هستند که تنها کسری از جرم ستاره را تشکیل می دهند. طبق قانون بقای تکانه زاویه ای، قسمت داخلی این دیسک باید سریعتر بچرخد زیرا مواد با سرعت کمتری به سمت ستاره کشیده می شوند. این فرآیند شبیه به حرکت اسکیت‌های یخ است که با نزدیک‌تر کردن بازوها به بدن، سریع‌تر می‌چرخند.

با این حال، مشاهدات قبلی نشان داده است که درون منظومه شمسی یا بخشی از منظومه شمسی که از خورشید تا کمربند سیارک‌ها امتداد دارد و شامل سیارات سنگی است، طبق قانون بقای تکانه زاویه‌ای با سرعت بالا نمی‌چرخد. دانشمندان Caltech با استفاده از شبیه‌سازی‌های جدید یک دیسک برافزایش مجازی، برهمکنش‌های ذرات را در دیسک برافزایش نشان داده‌اند. محققان Caltech در بیانیه ای نوشتند:

تکانه زاویه ای متناسب با سرعت ضربدر شعاع است و بر اساس قانون بقای تکانه زاویه ای، تکانه زاویه ای در سیستم ثابت می ماند. بنابراین، اگر شعاع اسکیت باز به دلیل خم شدن بازو کاهش یابد، تنها راه ثابت نگه داشتن تکانه زاویه ای افزایش سرعت چرخش است.

اما چرا تکانه زاویه ای دیسک برافزایش داخلی پایدار نیست؟ تحقیقات اولیه نشان می دهد که اصطکاک بین نواحی قرص برافزایش یا میدان های مغناطیسی منجر به تلاطم می شود که می تواند سرعت چرخش گاز برافزایش را کاهش دهد. مطابق با پل بلاناستاد فیزیک کاربردی در Caltech و یکی از نویسندگان این مطالعه:

مردم همیشه می خواهند هرج و مرج را به خاطر پدیده هایی که درک نمی کنند سرزنش کنند. اما طبق شواهد، تلاطم می تواند دلیل کاهش تکانه زاویه ای در قرص های برافزایشی باشد.

بلان برای درک بهتر از دست دادن تکانه زاویه‌ای، مسیر اتم‌ها، یون‌ها و گازهای مستقل در دیسک برافزایشی و نحوه رفتار ذرات در حین و پس از برخورد را مطالعه کرد. در حالی که ذرات باردار مانند الکترون ها و یون ها تحت تأثیر گرانش و میدان های مغناطیسی قرار می گیرند، اتم های خنثی تنها تحت تأثیر گرانش قرار می گیرند.

  ایلان ماسک با Cyberwhistle تسلا با 50 دلار اپل را شکست داد

محققان از مدل های کامپیوتری برای شبیه سازی یک دیسک برافزایشی استفاده کردند که در آن 1000 ذره باردار با 40000 ذره خنثی در میدان های گرانشی و مغناطیسی برخورد می کنند. آنها نتیجه می گیرند که برهمکنش بین اتم های خنثی و تعداد کمتری از ذرات باردار، یون ها یا کاتیون هایی با بار مثبت تولید می کنند که به سمت داخل می چرخند و همچنین ذرات یا الکترون هایی با بار منفی که از لبه قرص برافزایشی به بیرون می چرخند. در همان زمان، ذرات خنثی نیز تکانه زاویه ای خود را از دست می دهند و به سمت مرکز می چرخند.

بنابراین، دیسک برافزایش مانند یک باتری غول پیکر با یک پایانه مثبت در نزدیکی مرکز دیسک و یک پایانه منفی در انتهای دیسک عمل می کند. این پایانه ها جریان ها یا جت های قدرتمندی از ماده تولید می کنند که از دو طرف دیسک به فضا پرتاب می شوند. به گفته بلان:

این مدل به اندازه کافی جزئیات دارد تا تمام عملکردهای لازم را پوشش دهد، زیرا به اندازه کافی بزرگ است تا برخورد تریلیون ها ذره خنثی، الکترون و یون را در اطراف ستاره در میدان مغناطیسی شبیه سازی کند.

مقاله مرتبط:

طبق شبیه سازی های کامپیوتری، با وجود کاهش تکانه زاویه ای، تکانه زاویه ای استاندارد ثابت می ماند. تکانه زاویه ای استاندارد مجموع تکانه زاویه ای معمولی با قدر اضافی است که به بار ذرات و میدان مغناطیسی بستگی دارد. محققان در بیانیه خود توضیح می دهند:

از آنجایی که الکترون‌ها منفی و کاتیون‌ها مثبت هستند، حرکت یون‌ها به سمت داخل و حرکت الکترون‌ها به بیرون ناشی از برخورد، تکانه زاویه‌ای استاندارد هر دو را افزایش می‌دهد. ذرات خنثی نیز در اثر برخورد با ذرات باردار و حرکت به سمت داخل، تکانه زاویه ای خود را از دست می دهند و این فرآیند افزایش تکانه زاویه ای استاندارد ذره باردار را متعادل می کند.

نتایج این تحقیق در 17 می در مجله Astrophysical منتشر شد.

  اشتراک‌گذاری ویدیوها و عکس‌های افراد بدون رضایت آنها در توییتر ممنوع شده است

دیدگاهتان را بنویسید