بدأ سيث بوترمان الخروج بدراسة سلوك البلازما لأسباب تتعلق بالأمن القومي. تقوم الصواريخ الفائقة السرعة التي تفوق سرعتها سرعة الصوت بتسخين الهواء المحيط وتأيينه وتشكل سحابة من الجسيمات المشحونة تسمى البلازما ، والتي تمتص موجات الراديو وتجعل من الصعب على المشغلين على الأرض التواصل مع الصواريخ – وهي مشكلة كان بوتيرمان يحاول حلها. ثم خطر له: نفس فيزياء البلازما تنطبق على شمسنا.
ابتكر عالم جامعة كاليفورنيا وزملاؤه ما يسميه بوتيرمان “شمسنا في جرة” ، وهي كرة زجاجية مقاس 1.2 بوصة مملوءة بالبلازما ، والتي استخدموها لنمذجة عمليات مثل تلك التي تخلق التوهجات الشمسية. هذه انفجارات من الطاقة مصحوبة أحيانًا بإطلاق فقاعة عالية السرعة من البلازما التي يمكن أن تعيث فسادًا بالأقمار الصناعية في المدار وشبكات الكهرباء على الأرض. يقول بوترمان ، كبير مؤلفي دراسة في رسائل المراجعة البدنية يصف تجاربهم.
الشمس هي في الأساس جحيم دوامي من البلازما يتكون من جسيمات غازية دوارة مشحونة كهربائيًا – معظمها من الإلكترونات وذرات الهيدروجين المجردة من إلكتروناتها. (تختلف البلازما النجمية اختلافًا طفيفًا عن البلازما منخفضة الكثافة المستخدمة في مفاعلات الاندماج في توكاماك). لطالما سعى الباحثون لفهم التوهجات الشمسية بشكل أفضل ، خاصة في حالة إطلاق جزء كبير من البلازما باتجاه الأرض.
بدأت تجارب الفريق بوضع بعض غاز الكبريت المتأين جزئيًا داخل مصباح زجاجي ، ثم قصفه بأفران ميكروويف منخفضة التردد – مشابهة لتلك المستخدمة في فرن الميكروويف – لإثارة الغاز وتسخينه حتى حوالي 5000 درجة فهرنهايت. ووجدوا أن نبضة من الموجات الدقيقة تبلغ 30 كيلوهرتز تشكل موجة صوتية تمارس ضغطًا يتسبب في تقلص الغاز الساخن. يخلق ضغط الموجة الصوتية نوعًا من “الجاذبية الصوتية” ويؤدي إلى تحرك السائل كما لو كان داخل مجال الجاذبية الكروي للشمس. (حقل الجاذبية للتجربة أقوى بحوالي 1000 مرة من مجال الأرض). وهذا يولد الحمل الحراري للبلازما ، وهي عملية يرتفع فيها السائل الدافئ ويغوص سائل أكثر برودة وكثافة في قلب الكرة الزجاجية. وبهذه الطريقة ، أصبح الفريق أول من صنع شيئًا يشبه الحمل الكروي الذي يوجد عادةً في باطن النجم.
تم تمويل مشروعهم لأول مرة من قبل DARPA ، ذراع البحث المتقدم في البنتاغون ، بسبب تطبيقاته للمركبات التي تفوق سرعتها سرعة الصوت. ثم حصل على دعم من مختبر أبحاث القوات الجوية ، حيث يمكن أن يتداخل طقس الفضاء مع الطائرات والمركبات الفضائية. لكن علماء الفلك يعتقدون أنه يمكن أن يخبرنا أيضًا بشيء أساسي عن سلوك الشمس. “أعتقد أن الأهمية الحقيقية تكمن في البدء في محاكاة الحمل الحراري الشمسي في المختبر ، وبالتالي الحصول على نظرة ثاقبة للدورة الشمسية الغامضة للشمس” ، كما يقول توم بيرجر ، المدير التنفيذي لمركز تكنولوجيا وبحوث وتعليم طقس الفضاء في الجامعة كولورادو في بولدر ، الذي لم يشارك في الدراسة.
يشير بيرغر إلى دورة مدتها 11 عامًا تقريبًا حيث تصبح منطقة الحمل الداخلي للشمس أكثر نشاطًا بطريقة ما ، مما يؤدي إلى الطبقة الخارجية ، أو الهالة ، لتوليد المزيد من التوهجات والانفجارات الأكثر تواترًا وشدة من البلازما ، تسمى القذف الكتلي الإكليلي. يقول بيرغر إنه من الصعب استكشاف المناطق الداخلية للشمس ، على الرغم من أن وكالة ناسا تحاول القيام بذلك باستخدام مركبة فضائية تسمى مرصد ديناميكيات الطاقة الشمسية ، والتي تستخدم الموجات الصوتية لرسم خريطة لسطح الشمس وإعطاء مؤشرات عن البلازما بالأسفل.
يمتدح آخرون في هذا المجال أيضًا أبحاث بوتيرمان وزملائه ، لكن لاحظوا أن لها حدودًا. إنه تطور مثير ومبتكر. تم ذلك بذكاء. يقول مارك ميش ، الباحث في مركز التنبؤ بطقس الفضاء وجامعة كولورادو ، “لقد كان دائمًا تحديًا لمحاكاة الديناميات الداخلية لنجم في المختبر.
