باد خورشیدی چیست؟

همواره و پیوسته ذرات بار داری از خورشید ، در فضا پراکنده می شوند. پراکندگی این ذرات را
« باد خورشیدی » می نامند که هنگام بالا بودن فعالیت درونی خورشید، به بیشترین و شدید ترین میزان خود می رسند. آنگاه که باد خورشیدی به میدان مغناطیسی زمین می رسد، این ذرات باردار با گازهایی که در آتمسفر زمین در ارتفاع ۱۰ کیلومتری از سطح آن قرار دارند، برخورد می کنند.
این تصادف، سبب نور افشانی زیبایی می شود که هم چون رقص نور از دو قطب جنوب و شمال به بهترین شکل دیده می شود و در نیم کره ی شمالی آن را «آروارا بوریلیس » و در نیم کره ی جنوبی
« آروارا استرالیس» می نامند.

علاوه بر جامد، مايع، گاز و پلاسما حالت پنجم ماده چگالش بوز انيشتين است كه به اثرات كوانتومي اين دسته مواد مربوط است. در اين حالت ماده فاقد چسبندگي، كشش سطحي است و مي خواهد خود را در حداكثر سطح بگستراند و از ديواره هاي ظرف خود بالا .

حالت پنجم ماده !! علاوه بر جامد، مايع، گاز و پلاسما حالت پنجم ماده چگالش بوز انيشتين است كه به اثرات كوانتومي اين دسته مواد مربوط است. در اين حالت ماده فاقد چسبندگي، كشش سطحي است و مي خواهد خود را در حداكثر سطح بگستراند و از ديواره هاي ظرف خود بالا مي رود؛. ظاهري شبيه مايع دارد و لي كاملاً مانند كاز ايده آل عمل مي كند

و اگر آن را به حركت در آوريم تا ابد به حركت خود ادامه مي دهد! هليم ۴ در دماهاي بسيار پايين نمونه اي از آن است. اتمهای انزواطلب (حالت ششم ماده!) محققان ناسا حالت جديدي از ماده را كشف كردند كه حالت چگاليده فرميوني نام دارد

. طي مدت زمان طولاني ماده را به سه حالت مي شناختند كه عبارت بودند از جامد، مايع و گاز. اما امروز مي دانيم كه اين سه حالت تنها نيمي از حالت هاي شناخته شده هستند و حداقل شش حالت براي ماده وجود دارد. اين شش حالت عبارتند از جامد، مايع، گاز، پلاسما، حالت چگاليده، بوز – اينشتين و حالت چگاليده فرميوني.

دكتر جين دبورا (Jin Deborah) سرپرست گروه دانشمنداني كه چگالش فرميوني را كشف كردند، درباره يافته هاي جديد مي گويد: دسامبر سال گذشته، زماني كه حالت جديد را كشف كرديم براي ما اوقات هيجان انگيزي بود گروه ما هم به خاطر هيجان ناشي از پيشرفتهاي چشمگير و هم به خاطر رقابت فشرده براي كشف حالت جديد، بسيار سخت كار مي كرد تا اينكه نتيجه دلخواه به دست آمد.

اگر از دانش آموزان دوره دبيرستان خواص معمولي مواد را بپرسيد، در پاسخ مي گويند جامدها شكل ثابتي دارند و از نظر فيزيكي سخت هستند اما قابليت خرد شدن را هم دارند. مايعات به آساني جريان مي يابند اما متراكم كردن آنها بسيار سخت است ودر هر ظرفي قرار بگيرند شكل آن ظرف را به خود مي گيرند.

گاز ها كمترين چگالي را در مقايسه با ساير حالات دارند و به آساني متراكم مي شوند. گاز ها نه تنها در هر ظرفي قرار بگيرند شكل ظرفي را به خود ميگيرند، بلكه در تمام حجم ظرف پراكنده مي شوند و تمام فضاي ظرف را اشغال مي كنند.» چهارمين شكل ماده پلاسماست. اين حالت تقريباً گاز مانند است اما اتم هاي سازنده پلاسما به الكترون ها و يون ها شكافته شده اند. خورشيد نمونه اي از حالت پلاسما است.

در واقع بيشتر ماده جهان به شكل پلاسما است. پلاسماها معمولاً بسيار داغ هستند از اين رو نمي توان پلاسما را توليد و در ظرف هاي معمولي نگهداري كرد. پلاسما را با استفاده از ميدان مغناطيسي مي توان در يك محدوده از فضا حبس كرد. پنجمين شكل ماده، حالت چگاليده بوز – اينشتين است كه در سال ۱۹۹۵ كشف شد. اين حالت از ماده زماني پديد آمد كه دانشمندان موفق شدند بوزون ها را تا دمايي بسيار پايين سرد كنند. در دماهاي بسيار پايين،

بوزون ها به صورت سوپر ذرات منفردي درمي آيند كه بيشتر از آنكه ذره مادي باشند موج مانند به نظر مي رسند. اين حالت از ماده بسيار شكننده است و نور به آهستگي از ميان آن عبور مي كند. پس از چند سال از كشف حالت چگاليده بوز – اينشتين، اينك حالت چگاليده فرميوني هم به حالت¬هاي قبلي اضافه شده است

. اين شكل از ماده چنان بديع است كه هنوز اغلب خواص آن ناشناخته است. اما آنچه كه مسلم است اين حالت هم در دماي بسيار پايين قابل دسترسي است. دكتر جين و همكارانش براي دستيابي به اين حالت جديد، تعداد ۵۰۰ هزار اتم پتاسيم با عدد جرمي ۴۰ را تا دمايي كمتر از يك ميليونيوم كلوين سرد كردند. اين دما بسيار نزديك به صفر مطلق است.

در اين حالت اتم هاي پتاسيم بدون آن كه چسبندگي ميان آنها وجود داشته باشد، به صورت مايع جريان يافتند. پايين تر ازاين دما چه اتفاقي مي افتد؟ جواب اين سئوال را كسي نمي داند. دانشمندان در حال حاضر براي يافتن پاسخ اين سئوال به تحقيق مشغول هستند. حالت چگاليده فرميوني تا حدي شبيه چگالش بوز – اينشتين است.

هر دو حالت از اتم هايي تشكيل شده اند كه اين اتم ها در دماي پايين به هم مي پيوندند و جسم واحدي را تشكيل مي دهند. در چگالش بوز – اينشتين اتم ها از نوع بوزون هستند در حالي كه در چگالش فرميوني اتم ها فرميون هستند. تفاوت ميان بوزون ها و فرميون ها چيست؟

رفتار بوزون ها به گونه اي است كه تمايل دارند با هم پيوند برقرار كنند و به هم متصل شوند. يك اتم در صورتي كه حاصل جمع تعداد الكترون، پروتون و نوترون هايش زوج باشد، بوزون است. به عنوان مثال اتم هاي سديم بوزون هستند زيرا اتم هاي سديم در حالت عادي يازده الكترون، يازده پروتون و دوازه نوترون دارند كه حاصل جمع آنها عدد زوج ۳۴ مي شود.

بنابراين اتم هاي سديم اين قابليت را دارند كه در دماهاي پايين به هم متصل شوند و حالت چگاليده بوز – اينشتين را پديد آورند اما از طرف ديگر فرميون ها منزوي هستند. اين ذرات طبق اصل طرد پائولي هنگامي كه در يك حالت كوانتومي قرار مي گيرند همديگر را دفع مي كنند و اگر ذره اي در يك حالت كوانتومي خاص قرار گيرد مانع از آن مي شود كه ذره ديگري هم بتواند به آن حالت دسترسي يابد. هر اتم كه حاصل جمع تعداد الكترون، پروتون و نوترون هايش فرد باشد، فرميون است. به عنوان مثال، اتم¬هاي پتاسيم با عدد جرمي ۴۰ فرميون هستند زيرا داراي ۱۹ الكترون، ۱۹ پروتون و ۲۱ نوترون هستند و حاصل جمع اين سه عدد برابر ۵۹ مي شود.

دكتر جين و همكارانش بر پايه همين خاصيت انزوا طلبي فرميون ها روشي را پيش گرفتند و از ميدان هاي مغناطيسي كنترل شونده اي براي انجام آزمايش ها استفاده كردند. ميدان مغناطيسي باعث مي شود كه اتم هاي منفرد با هم جفت شوند و ميزان جفت شدگي اتم ها در اين حالت با تغيير ميدان مغناطيسي قابل كنترل است.

انتظار مي رفت كه اتم هاي جفت شده پتاسيم خواص همانند بوزون ها داشته باشند اما آزمايش ها نشان دادند كه در بعضي از اتم ها كه ميزان جفت¬شدگي ضعيف بود هنوز بعضي از خواص فرميوني خود را از دست نداده بودند. در اين حالت يك جفت از اتم¬هاي جفت شده مي تواند به جفت ديگري متصل شود و اين جفت شدگي به همين ترتيب ادامه يابد تا اينكه سرانجام باعث تشكيل حالت چگاليده فرميوني شود. دكتر جين شك داشت كه جفت شدگي اتم هاي مشاهده شده همانند جفت شدگي اتم هاي هليوم مايع باشد كه به آن ابرشارگي مي گويند.

علاوه بر جامد، مايع، گاز و پلاسما حالت پنجم ماده چگالش بوز انيشتين است كه به اثرات كوانتومي اين دسته مواد مربوط است. در اين حالت ماده فاقد چسبندگي، كشش سطحي است و مي خواهد خود را در حداكثر سطح بگستراند و از ديواره هاي ظرف خود بالا .

حالت پنجم ماده !! علاوه بر جامد، مايع، گاز و پلاسما حالت پنجم ماده چگالش بوز انيشتين است كه به اثرات كوانتومي اين دسته مواد مربوط است. در اين حالت ماده فاقد چسبندگي، كشش سطحي است و مي خواهد خود را در حداكثر سطح بگستراند و از ديواره هاي ظرف خود بالا مي رود؛.

ظاهري شبيه مايع دارد و لي كاملاً مانند كاز ايده آل عمل مي كند و اگر آن را به حركت در آوريم تا ابد به حركت خود ادامه مي دهد! هليم ۴ در دماهاي بسيار پايين نمونه اي از آن است. اتم های انزواطلب (حالت ششم ماده!) محققان ناسا حالت جديدي از ماده را كشف كردند كه حالت چگاليده فرميوني نام دارد. طي مدت زمان طولاني ماده را به سه حالت مي شناختند كه عبارت بودند از جامد، مايع و گاز

. اما امروز مي دانيم كه اين سه حالت تنها نيمي از حالت هاي شناخته شده هستند و حداقل شش حالت براي ماده وجود دارد. اين شش حالت عبارتند از جامد، مايع، گاز، پلاسما، حالت چگاليده، بوز – اينشتين و حالت چگاليده فرميوني. دكتر جين دبورا (Jin Deborah) سرپرست گروه دانشمنداني كه چگالش فرميوني را كشف كردند، درباره يافته هاي جديد مي گويد: دسامبر سال گذشته، زماني كه حالت جديد را كشف كرديم براي ما اوقات هيجان انگيزي بود گروه ما هم به خاطر هيجان ناشي از پيشرفت هاي چشمگير و هم به خاطر رقابت فشرده براي كشف حالت جديد، بسيار سخت كار مي كرد

تا اينكه نتيجه دلخواه به دست آمد. اگر از دانش آموزان دوره دبيرستان خواص معمولي مواد را بپرسيد، در پاسخ مي گويند جامدها شكل ثابتي دارند و از نظر فيزيكي سخت هستند اما قابليت خرد شدن را هم دارند. مايعات به آساني جريان مي يابند اما متراكم كردن آنها بسيار سخت است ودر هر ظرفي قرار بگيرند شكل آن ظرف را به خود مي گيرند.

گاز ها كمترين چگالي را در مقايسه با ساير حالات دارند و به آساني متراكم مي شوند. گاز ها نه تنها در هر ظرفي قرار بگيرند شكل ظرفي را به خود مي گيرند، بلكه در تمام حجم ظرف پراكنده مي شوند و تمام فضاي ظرف را اشغال مي كنند.» چهارمين شكل ماده پلاسماست. اين حالت تقريباً گاز مانند است اما اتمهاي سازنده پلاسما به الكترونها و يون ها شكافته شده اند.

خورشيد نمونه¬اي از حالت پلاسما است. در واقع بيشتر ماده جهان به شكل پلاسما است. پلاسماها معمولاً بسيار داغ هستند از اين رو نمي توان پلاسما را توليد و در ظرفهاي معمولي نگهداري كرد. پلاسما را با استفاده از ميدان مغناطيسي مي توان در يك محدوده از فضا حبس كرد. پنجمين شكل ماده، حالت چگاليده بوز – اينشتين است

كه در سال ۱۹۹۵ كشف شد. اين حالت از ماده زماني پديد آمد كه دانشمندان موفق شدند بوزون ها را تا دمايي بسيار پايين سرد كنند. در دماهاي بسيار پايين، بوزون ها به صورت سوپر ذرات منفردي درمي آيند كه بيشتر از آنكه ذره مادي باشند موج مانند به نظر مي رسند. اين حالت از ماده بسيار شكننده است و نور به آهستگي از ميان آن عبور مي كند. پس از چند سال از كشف حالت چگاليده بوز – اينشتين

، اينك حالت چگاليده فرميوني هم به حالتهاي قبلي اضافه شده است. اين شكل از ماده چنان بديع است كه هنوز اغلب خواص آن ناشناخته است. اما آنچه كه مسلم است اين حالت هم در دماي بسيار پايين قابل دسترسي است. دكتر جين و همكارانش براي دستيابي به اين حالت جديد، تعداد ۵۰۰ هزار اتم پتاسيم با عدد جرمي ۴۰ را تا دمايي كمتر از يك ميليونيوم كلوين سرد كردند. اين دما بسيار نزديك به صفر مطلق است. در اين حالت اتم هاي پتاسيم بدون آن كه چسبندگي ميان آنها وجود داشته باشد، به صورت مايع جريان يافتند. پايين تر ازاين دما چه اتفاقي مي افتد؟ جواب اين سئوال را كسي نمي داند. دانشمندان در حال حاضر براي يافتن پاسخ اين سئوال به تحقيق مشغول هستند. حالت چگاليده فرميوني تا حدي شبيه چگالش بوز – اينشتين است

. هر دو حالت از اتم هايي تشكيل شده اند كه اين اتم ها در دماي پايين به هم مي پيوندند و جسم واحدي را تشكيل مي دهند. در چگالش بوز – اينشتين اتم ها از نوع بوزون هستند در حالي كه در چگالش فرميوني اتم ها فرميون هستند. تفاوت ميان بوزون ها و فرميون ها چيست؟ رفتار بوزون ها به گونه اي است كه تمايل دارند با هم پيوند برقرار كنند و به هم متصل شوند. يك اتم در صورتي كه حاصل جمع تعداد الكترون، پروتون و نوترون هايش زوج باشد، بوزون است

. به عنوان مثال اتمهاي سديم بوزون هستند زيرا اتم هاي سديم در حالت عادي يازده الكترون، يازده پروتون و دوازه نوترون دارند كه حاصل جمع آنها عدد زوج ۳۴ مي شود. بنابراين اتم هاي سديم اين قابليت را دارند كه در دماهاي پايين به هم متصل شوند و حالت چگاليده بوز – اينشتين را پديد آورند اما از طرف ديگر فرميون ها منزوي هستند.

اين ذرات طبق اصل طرد پائولي هنگامي كه در يك حالت كوانتومي قرار مي گيرند همديگر را دفع مي¬كنند و اگر ذره اي در يك حالت كوانتومي خاص قرار گيرد مانع از آن مي شود كه ذره ديگري هم بتواند به آن حالت دسترسي يابد. هر اتم كه حاصل جمع تعداد الكترون، پروتون و نوترون هايش فرد باشد، فرميون است. به عنوان مثال، اتم هاي پتاسيم با عدد جرمي ۴۰ فرميون هستند زيرا داراي ۱۹ الكترون، ۱۹ پروتون و ۲۱ نوترون هستند

و حاصل جمع اين سه عدد برابر ۵۹ مي شود. دكتر جين و همكارانش بر پايه همين خاصيت انزوا طلبي فرميون ها روشي را پيش گرفتند و از ميدان هاي مغناطيسي كنترل شونده اي براي انجام آزمايشها استفاده كردند. ميدان مغناطيسي باعث مي شود كه اتم هاي منفرد با هم جفت شوند و ميزان جفت شدگي اتم ها در اين حالت با تغيير ميدان مغناطيسي قابل كنترل است.

انتظار مي رفت كه اتم هاي جفت شده پتاسيم خواص همانند بوزون ها داشته باشند اما آزمايشها نشان دادند كه در بعضي از اتم ها كه ميزان جفت شدگي ضعيف بود هنوز بعضي از خواص فرميوني خود را از دست نداده بودند. در اين حالت يك جفت از اتم هاي جفت شده مي تواند به جفت ديگري متصل شود و اين جفت شدگي به همين ترتيب ادامه يابد تا اينكه سرانجام باعث تشكيل حالت چگاليده فرميوني شود. دكتر جين شك داشت كه جفت شدگي اتمهاي مشاهده شده همانند جفت شدگي اتم هاي هليوم مايع باشد كه به آن ابرشارگي مي گويند.

استفاده از كودهاي شيميايي موجب شده است‌, آلودگي زيست محيطي ناشي از تركيبات گاز نيتروژن و در پي آن دماي هواي كره زمين افزايش يابد