Z Plazmawiki
Skocz do: nawigacja, szukaj
Dżety emanujące z jądra Komety Halleya. Birkeland emulował dżety z katody w tubie próżniowej (patrz poniżej).

Zobacz również: główny artykuł kometa.

Teoria Kristiana Birkelanda, dotycząca komet, wywodzi się z jego eksperymentów laboratoryjnych z wyładowaniami w rozrzedzonym gazie. Zaprezentował swoje teorie w swojej książce Norweska ekspedycja za zorzą północną 1902-1903, opublikowana w 1913 roku.[1] (Link do pobrania całości w odnośnikach)

Teoria Birkelanda opisuje, jak komety oddziałują z promieniami korpuskularnymi (plazmą w ośrodku międzyplanetarnym), ładują się elektrycznie i wytwarzają dżety, co prowadzi do ich erozji oraz innych charakterystyk, jak ugięcie warkocza po ciemne odstępy w komie.

Elektryczne promienie korpuskularne

Teoria, zasadzająca się na emanacji elektrycznych korpuskuł ze słońca, może prezentować nowy punkt startowy w studiach nad fizyczną naturą komet, w szczególności warkoczy.

Wydaje się oczywiste, z ich widma, że komety zawierają akumulację kosmicznego pyłu, z licznymi związkami węgla, skoncentrowanymi wokół jednego lub więcej jader, otoczonych silnie rozrzedzoną parującą otoczką, w której możliwe, że węglany są obecne w stosunkowo dużej ilości.

Biorąc pod uwagę w szczególności warkocz kometarny, okazało się, że nie pojawia się on, dopóki kometa nie zbliży się do słońca, a najlepiej jest rozwinięty tuż po minięciu peryhelium. Jeżeli, teraz, parująca otoczka otaczająca stałe jądro zostanie wystawiona na działanie wielu korpuskuł promieniowania ze słońca, łatwo sobie wyobrazić, że podczas ich przejścia przez skrajnie rozrzedzony gaz, zmieniają one swoją naturę. Najprostsze założenie, jakie można zrobić, brzmi, że część korpuskuł, przechodzących przez komę, uzyskuje dodatek atomów gazu lub molekuł, które zaczynają świecić. Ponieważ spodziewamy się, że promienie te podążają mniej lub bardziej tą sama drogą, co poprzednio, ale z inną masą i prędkością, byłoby to stosunkowo proste wyjaśnienie świecącego warkocza, który nie mal zawsze skierowany jest od słońca.

Ładowanie elektryczne komet

Jest jednak możliwe, że istnieją odmienne, naturalne, sposoby patrzenia na materię. Można sobie wyobrazić, że po wielkim nagrzaniu przez bezpośrednie nasłonecznienie, kometa naładowana jest ujemnie przez promieniowanie katodowe ze słońca, i że ładunek sięga takiego potencjału, że kometa sama rozładowuje się elektrycznie, że tak powiem, w kierunku własnego cienia. Wyładowania te mogą być również wyobrażane jako skutek pewnego stopnia emisji wtórnego promieniowania z pyłu kosmicznego komety. Zostałem na to naprowadzony przez analogie eksperymentalne, które będą opisane dalej. Odpowiadając na pomysł, że kometa jest nagromadzeniem węglanowego pyłu kosmicznego niemal bez atmosfery, przeprowadziłem eksperymenty z katodą złożoną z materiałów węglanów w tubie próżniowej. Najnowsze badania widma komet zdają się wskazywać, że promieniowanie z komety można porównać z promieniowaniem katodowym tuby Crooke'a (DESLANDRES, FOWLER).

(...)

Byłoby zatem naturalne, porównać wspomniane wyżej warstwy, przyczyniające się do rozwoju warkocza komety, z wiązkami najsilniejszych i magnetycznie usztywnionych promieni korpuskularnych, które sądzimy, że emanują z regionów wo kół plam słonecznych, oraz które, gdy omiatają naszą Ziemię, prowadzą do potężnych zaburzeń magnetycznych. Może być, że to promienie, z ich obfitością energii, mogą naładować masę komety do wysokiego napięcia ujemnego, i tym samym dać okazję do wtórnego wyładowania z komety w przestrzeń.
Okoliczność świadcząca silnie za hipotezą taką, jak ta, to większe rozwinięcie, następujące w latach maksimum plam słonecznym w porównaniu z minimum. Zostało to zademonstrowane, na przykład, w przypadku komety Encke'go, przez BERBERICH'a i BOSLER'a, którzy potem dali interesującą grafikę tej zależności, którą tu zreprodukowano. Zgodność, jak zobaczymy, jest tak uderzająca, że zdaje się pozostawiać niewiele miejsca na wątpliwości, że mamy tu zjawiska ze sobą blisko powiązane.
Encke-sunspots-chart.gif

Birkeland's Fig. 230.
Górna krzywa, kropkowana: Jasność komety
Dolna krzywa, ciągła: Liczba plam słonecznych.

Oryginalny wykres autorstwa M. J. Boosler'a (1909)[2]

Kometarne dżety

W celu obserwowania i badania wyładowania substancji zawierających węgiel w tubie próżniowej, przeprowadziłem, jak wspomniałem, szereg eksperymentów z katodami ze zwykłego węgla, koksu, grafitu oraz piceinu na metalowej katodzie. Potem użyłem niezmiernie liniowego strumienia CO2, wprowadzanego bardzo wąską, nitkowatą tubą, a wyprowadzanego z końca wąskiej srebrnej tuby, służącej za katodę.
Szereg razy z sukcesem powodowałem świecenie tego dżetu, tak, że pojawiał się igła światła, wystrzeliwująca z katody, czasami na 5 cm długości. Węglowa katoda również wysyłała podobne, długie igły świetlne z różnych punktów na powierzchni, wokół których nawet węgiel zaczynał świecić.
Birkeland-comet-experiment.jpg

Birkeland's Fig. 231, images 1 - 4

Picein dawał długie, cienkie strumienie światła, często dłuższe niż 10 cm, jeden po drugim, jak po fioletowych erupcjach. Owe zjawiska świetlne dawały wyobrażenie, że wyładowanie elektryczne z zarówno katody węglowej jak i katody z piceinem, występowało z wybuchowymi wyrzutami promieni gazowych, które świeciły się w ten sam sposób, wspomniany wyżej dżety kwasu węglowego 231 1 i 2, wykazywały wyładowania tego typu.
Z katody grafitowej wychodził długi, stały promień światła, który wspaniale przypominał tak zwane erupcje lub dżety na kometach.

Dezintegracja komet

W eksperymentach z katodami zawierającymi węgiel, gwałtowna dezintegracja katody była szczególnie widoczna. W czasie dwóch lub trzech minut na szklanych ścianach wystąpiły duże ciemne plamy, tam, gdzie dotykały ich wiązki światła. Il. 1 pokazuje przykład tego zjawiska w postaci dwóch sąsiadujących ze sobą ciemnych języków z prawej. Do tego eksperymentu, mającego duże znaczenie dla naszej teorii, będziemy często wracać, na przykład w artykule o pierścieniach Saturna, gdzie zakładamy, że cząstki materialne są w sposób ciągły emitowane w płaszczyźnie pierścieni na skutek przez parowanie elektryczne (dezintegrację), analogicznie do pewnych obserwacji laboratoryjnych, opisanych dalej.

Ugięcie warkocza komet

W związku ze wspomnianymi wyżej eksperymentami z węglowymi katodami, przeprowadzono również eksperymenty z platyną, pokrytą cienko wapnem. Było to celem sprawdzenia, czy promienie z takiej katody - która, jak wiadomo, emituje zazwyczaj miękkie promienie - mogą być odpychane przez siły elektryczne, oraz zawijać się wprawo, jako, że radiacja z głowy komety okazuje się wyraźnie odpychaniem od Słońca.
Il. 231, 4 pokazuje, jak promienie z pokrytej katody platynowej, takiej, jak ta, odwracają się od pokrytej mosiądzem katody z prawej. Zakrzywianie promieni jest wystarczająco ewidentne, oraz zmienia się wraz ze zmianami napięcia na mosiężnej katodzie; nie było jednak żadnego wstecznego strumienia, jak w warkoczu komety, jako, że światło zanikało w bliskiej odległości od katody. Bardzo możliwe, że lepsze wyniki można by osiągnąć nieco inną aparaturą, niż ta tutaj użyta. W Przewodzeniu elektryczności przez gazy J. J. THoMsnx'a, druga edycja, s. 632, dywersja tych promieni przez siły elektryczne zilustrowana jest przez rysunek, zreprodukowany tutaj na il. 232, pokazujący, jak promienie mogą zostać zawrócone.
Dla obecnego pytania będzie interesujące zacytować, oraz zreprodukować rysunek eksperymentu, opisanego przez J. Starka w Die Elektrizität in Gasen, opublikowanego w Handbuch der Physik Winkelmanna, B.4, s. 582:
Jeśli promienie katodowe z określoną prędkością początkową wchodzą w pole elektryczne biegnące pod kątem prostym do ich kierunku, to ulegną odchyleniu od punktu u mniejszym do punktu o większym napięciu. Jeżeli prędkość początkowa jest bardzo mała, wkrótce przyjmują kierunek pola elektrycznego; z kolei, jeżeli jest duża, zostaną skierowane mniej lub bardziej w kierunku linii pola (...).
Rozważmy przykład, w którym promienie z jednej katody opadają na drugą. Na il. 233, a & b, S jest poprzeczną sekcją metalowej szpilki, która może być połączona z katodą na zewnątrz tuby. Jeżeli, razem z anodą obok, jest to podłączone do ziemi, główne promienie rzucają ostry cień tego [?] (233 a). Natychmiast się to zwiększa, gdy szpilka jest połączona z katodą; gdyż formuje się silne pole elektryczne ciemnych miejsc na katodzie, i przez to nadchodzące promienie katodowe są obracane w bok (233 b).
Zgodnie z tym, można sobie spokojnie wyobrazić, że świecące [pen oils] promieni, emitowane przez wyładowania elektryczne z komety, są kierowane z powrotem siła elektryczną promieni katodowych ze słońca, w taki sposób, że wyładowanie podąża niemal w kierunku cienia komety, formując w przybliżeniu stożek, możliwe, że z powodu wzajemnego odpychania emitowanych wiązek promieni.

Ciemne przestrzenie w komie

Comet-donati-coma.jpg

Birkeland, il. 234. Kometa Donati

Cathode-globe-concentrics.jpg

Birkeland, il. 235. Kula katodowa

Kolejną okolicznością wspierającą założenie o istnieniu ujemnych wyładowań z komety jest taka, jest obecność różnych otoczek oddzielonych ciemnymi przestrzeniami, tak często obserwowana w głowicach komet. Il. 234 pokazuje głowę komety Donati (1858). Przez szereg tygodni koma wykazywała w [iinrivalleri nerfertion] rozwój struktury koncentrycznych otoczek. Jest to łatwe, mając okrągły glob jako katodę w dużej tubie próżniowej, wyprodukować szereg świecących warstw rozdzielonych ciemnymi przerwami. Owe otoczki są lepiej widoczne, jeżeli katoda jest namagnesowana. W tym przypadku poprzednio sferyczne otoczki będą spłaszczone do postaci pierścieni na równiku magnetycznym. Il. 235 daje wyobrażenie takiego eksperymentu. Otoczki takie, jak wiemy, zmniejszają się lub rozszerzają zależnie od ciśnienia gazu w tubie próżniowej. Pojedynczy fenomen kurczenia się głowy komety w miarę przybliżania się do słońca powinien być z tego punktu widzenia zrozumiały. Zamiast rozszerzać się, co byłoby spodziewane pod wpływem ciepła słonecznego, głowa komety kurczy się w pobliżu słońca, ponieważ ciśnienie gazu wokół komety rośnie, a więc formowane elektrycznie otoczki kurczą się.
Czasami komety posiadają wiele warkoczy, czego nie jest łatwo wyjaśnić założeniem, że ich bezpośrednią przyczyną jest emanacja materiału z komety.

Przypisy

  1. The Norwegian Aurora Polaris Expedition 1902-1903 Part II, Chapter 5. Is It Possible To Explain Zodiacal Light, Comets' Tails, And Saturn's Ring By Means Of Corpuscular Rays? (1913) ACADEMIC BOOK Section 124. Comet Tails FULL TEXT
  2. M. J. Bosler, "Sur les variations d'éclat de la comète d'Encke et la période des taches solaires" FULL TEXT (1909) Comptes rendus hebdomadaires des séances de l'Académie des sciences, 1909 (T. 148). Chart: page 1740. PEERREVIEWED