Bölüm 6: Akımlar, Filamentler ve Sıkışmalar

Gezegenimsi bulutsular genellikle, merkezi bir plazma sıkışması (plasma pinch), kutupsal jetler ve bir ekvator simetrisi ile karakteristik iki kutuplu simetriler sergiler. Görüntü NASA, ESA ve Hubble Miras Ekibinin izniyle sağlanmıştır

6.1 Termal (Isısal) Hareket ve Akım

Bir plazmada rastgele termal hareket ile düzgün doğrusal hareket arasında ayrım yapmak önemlidir. İkinci önemli durum ise bir elektrik alanının varlığı nedeniyle akan bir elektrik akımıdır.

Rastgele termal hareket, plazmanın sıcaklığıyla veya sıcaklıkları farklıysa iyonların ve elektronların ayrı ayrı sıcaklıklarıyla ölçülür. Yüklü parçacıkların hareketi aynı zamanda bir akım biçimidir, ancak yalnızca bir yönde hareket etmekten ziyade ortalama bir konum etrafında salınan bir harekettir. Açıkça söylemek gerekirse, sıcaklık sadece tek tek parçacıkların hızlarının dağılımı Maxwellian ise, yani dağılım, parçacıklar arasındaki elastik çarpışmalardan kaynaklanana eşitse, enerjinin doğru bir ölçüsü olabilir.

Düzgün doğrusal hareket, bir elektrik alanından kaynaklanır ve bir sürüklenme akımını temsil eder. Aynı yüke sahip tüm parçacıklar elektrik alanının etkisinde aynı yönde hareket eder. Yani, kabaca eşit sayıda pozitif ve negatif parçacıkların ("net nötrlük") olduğu bir plazmada, pozitif yüklü parçacıkların elektronların hareketinin tersi yönde birlikte hareket ettiğini görürüz.

Parçacıkların tümü yüksek olabilecek kinetik enerjiye sahiptir, ancak bu doğrusal hareketin bir sonucu olarak bir sıcaklıkları yoktur. Bunun nedeni, sıcaklığın sadece rastgele hızlarla çarpışan parçacıkların enerjisinin ölçümünde kullanılmasıdır. Her iki tip de az çok hizalı veya paralel yörüngeler boyunca hareket etme eğiliminde olduğundan ve plazma yoğunlukları nispeten düşük olduğundan, çarpışmalar daha az yaygındır ve Maxwellian çarpışma koşulları elde edilmez.

Her iki hareket türü de bir akımın aktığı her yerde aynı anda var olur. Parçacıkların mevcut hareketi veya kayması, rastgele hareketlerin üzerine eklenir. ?? Buna bakmanın bir başka yolu da, rastgele hareketin ortalama konumunu, akım yönündeki sürüklenme hızıyla hareket ediyor olarak düşünmektir.

6.2 Elektron ve İyon Akımları

Elektronlar kütlelerinin iyonlardan daha az olması nedeni ile iyonlardan çok daha yüksek hızlar kazanırlar. Bununla birlikte, bir elektron, iyonların en hafif formu olan pozitif yüklü bir protonla aynı büyüklükte (negatif) yük taşır. Bu nedenle, elektronların daha yüksek hızları, bir plazmada akım taşımada iyonlardan daha etkili oldukları anlamına gelir.

Göreli olmayan bir plazma akımında elektron akımının iyon akımına oranı, kütlelerin ters oranının kareköküyle orantılıdır. En hafif pozitif iyon olan proton için bu, elektron akımının iyon akımından yaklaşık 43 kat daha büyük olduğu anlamına gelir. [Bir elektronun kütlesi 1 olarak alınırsa, bir protonun kütlesi yaklaşık 1836 kat daha büyük olur): √ (1836 ÷ 1) = 42.85] Çoğu durumda, plazma davranışını belirleyen elektronların hareketidir.

6.3 Laboratuvar Deşarj Tüplerinde Akım

Plazma, yüz yıldan fazla bir süredir laboratuar deneylerinde incelenmiştir ve artık çok sayıda deneysel veri ve analiz mevcuttur. Temel deneylerden biri, cıva buharı gibi düşük basınçlı bir gazdan bir akımın geçtiği bir Akkor Deşarj Tüpü (Glow Discharge Tube) içerir. Bu, gazın iyonlaşmasına ve tüp içinde bir plazma oluşmasına neden olur.

Anot, katot ve yüksek voltajlı güç kaynağı içeren boşaltılmış (düşük basınçlı gaz) tüp. Resim Hakları:Wiki Creative Commons

6.4 Akkor Deşarj Tüpü

Deşarj tüplerinin birçok açıklaması mevcuttur ve burada ayrıntılı olarak tekrarlanmayacaktır. Mevcut amaçlar için göze çarpan noktalar aşağıdaki gibidir:

1. Tüpün içinde, eksen boyunca plazmanın parladığının görüldüğü bantlar vardır ve böyle bir parıltının olmadığı "karanlık" bantlar serpiştirilmiştir. Farklı bantlar, akım taşıyan plazmanın üç olası çalışma modundan ikisini temsil eder.
2. Karanlık bantlar, şaşırtıcı olmayan bir şekilde, Karanlık Akım Modu'nu temsil eder. Bu bölgelerde, iyonlaşma daha yüksek akımlarda gerçekleşmeye başlayacak olmasına rağmen, elektron hızı nötr gaz atomlarının görünür uyarılmasına neden olmak için gerekli olan değerin altındadır. Ancak, Karanlık Akım Modunda bile görünenin dışındaki dalga boylarında ışıma (radyasyon) yayılacaktır ve bu nedenle optik olmayan yollarla tespit edilebilir.
3. Parlayan bantlar Normal Parlama Modunu temsil eder. Burada elektronların hızı iyonlaşmanın oluşmasına neden olur.Parlama, hızlı serbest elektronlarla çarpışmalar ile uyarıldıktan sonra nötr atomların elektronlarından gelen ışımadan (radyasyondan) kaynaklanır.
4. Plazma sürecinin (plasma operation) üçüncü olası modu, örneğin acı verici parlak kaynak uygulamalarında veya yıldırımlarda aşina olduğumuz Ark Modu'dur.
5. Kızdırma deşarj tüpüne (glow discharge tube) dönersek, elektrotlar arasındaki potansiyel farkın tüpün uzunluğu boyunca tek tip bir elektrik alanına neden olması beklenebilir. Ancak plazma farklı davranır.
6. Tüpte, anot ve katot arasında harici olarak uygulanan elektrik alanını modifiye eden bir Çift Katman (DL) geliştiği bulunmuştur. DL, potansiyel düşüşün büyük çoğunluğunun DL üzerinde meydana geleceği şekilde oluşur. DL bölgesinden uzakta, plazmanın geri kalanının çoğu, pozitif sütun olarak bilinen bir kızdırma deşarj bölgesidir (glow discharge region). Bu, boşaltma tüpünün uzunluğunun önemli bir kısmı boyunca uzayabilir.
7. Pozitif sütunun içinde yaklaşık olarak eşit sayıda elektron ve iyon vardır. Bu nedenle buradaki plazma yarı nötrdür. Potansiyel düşüşün çoğu DL boyunca meydana geldiğinden, pozitif sütunda yalnızca küçük ama sabit bir voltaj gradyanı (voltage gradient) veya elektrik alanı bulunur.
8. Deşarj tüplerindeki pozitif sütun ile Güneş'in heliosferindeki plazma arasında benzerlikler var gibi görünüyor.
9. Deşarj tüpü deneylerinin bir başka sonucu da plazma davranışı konusundaki tartışmamızla ilgilidir ve bir sonraki bölümde tartışılacaktır.

6.5 Akım Yoğunluğu-Gerilim Eğrisi

Plasma current-density versus voltage diagram, electric discharge modes

Plazma akım yoğunluğuna karşı voltaj diyagramı, elektrik deşarj modları

Akım yoğunluğu J (x ekseni) bir deşarj tüpündeki voltaj V'ye (y ekseni) karşı çizilirse (akım yoğunluğu, akımın boşaltma tüpünün alanına bölümüdür), o zaman üç farklı plazma ışıma modu bulunur, akım-voltaj veya J-V eğrisi olarak bilinen, süreksiz bir grafiğin üç farklı bölümüne karşılık gelir.

Karanlık deşarj modunda, düzenli olmasa da artan voltajla J-V eğrisi yükselir. Voltaj yeterince yüksek bir değere ulaştığında, iyonlaşma başlar ve akım (J), voltajdaki küçük bir artışa göre çok hızlı yükselmeye başlar.

Deşarj daha sonra hızlı bir şekilde kızdırma deşarj moduna (glow discharge mode) geçecektir. Buna voltajda dramatik bir adım değişikliği eşlik eder. Voltaj düşer, çünkü iyonizasyonla çok sayıda elektron üretildiğinde, büyük bir akım oluşturmak için yalnızca küçük bir voltaja ihtiyaç vardır.

Çok önemli bir etki genellikle kızdırma deşarj bölgesinin daha düşük akım yoğunluğu olan kısmında meydana gelir. Gerilim, akım yoğunluğu arttıkça gerçekte azalır. Başka bir deyişle, plazma, voltaj düşüşü daha az olduğu için akımı daha yüksek bir akım yoğunluğunda iletmeyi daha verimli bulur.

Daha yüksek akım yoğunluklarında, voltaj tekrar artar, yani J-V eğrisinin kızdırma deşarj bölümünün belirli bir akım yoğunluğu değerinde minimuma sahip olduğu anlamına gelir. Bu minimum, toplam akımın iletimi için en düşük direnç noktasını temsil eder. Kozmik plazmalarda, bu etki akımı belirli bir kesit alanı içinde sınırlayarak akım filamentlerinin oluşumuna neden olmada önemli olabilir.

Benzer şekilde, aşırı parlak ark deşarj modunda, artan akım yoğunluğu ile voltaj bir kez daha azalır. Plazma ark moduna zorlanırsa, voltaj düşüşünü azaltmak için tekrar filament olma eğiliminde olacaktır.

6.6 Akım Filamentleşmesi

J-V eğrisi ve uzaydaki fiziksel yapılar tarafından kanıtlandığı üzere, filamentleşme bir plazmadaki akımlar için normal bir davranış modudur (seçeneğidir). Dr. Anthony Peratt'ın filamentleşme ile ilgili makalesine buradan(link) ulaşabilirsiniz.

Özellikle, (daha sonra ele alacağımız) akım tabakaları, girdapların gelişmesi nedeniyle tek tek filamentlere ayrılma eğilimindedir. Bu girdaplar, farklı akış hızlarındaki bitişik katmanlara sahip sıvı akışlarında bulunanlara biraz benzer (Kelvin-Helmholtz kararsızlıkları (Kelvin-Helmholtz instabilities) ).

Küçük bir plazma lambasının merkezi katodu, dış cam kabuğa (anot) çekilen uyarılmış bir küresel akım tabakası ile çevrilidir. Akım yüzey tabakasından dışarıya doğru uzanırken, lamba içindeki düşük basınçlı ortamda yayılırken, filamentli yapılar oluşturur. Fotoğraf hakları: Luc Viatour / www.lucnix.be

Açıkça, bir akım filamentinin içindeki koşullar, plazmanın geri kalanından farklı olacaktır. Bu, filamentin sınırında normal şekilde akım içermeyen bir çift katmanın (CFDL) oluşmasına neden olur, böylece daha hızlı elektronlar, DL içindeki elektrik alan tarafından filamentle sınırlanır.

Artık filamentlerin, sınırlarında CFDL'leri olan, akım taşıyan uzatılmış plazma hücreleri olduğunu görebiliriz.

Uzaydaki filamentlerin ve elektrik akımlarının kanıtı(link) yaygındır. Filamentsel yapılar, çoğu gökbilimci tarafından güneş sisteminden, galaktik ve galaksiler arası ölçeklere kadar her seviyede var olduğu kabul edilmektedir. Elektrik Modeli ile Kütleçekimi Modeli arasındaki tek anlaşmazlık yaşanan konu, bu filamentlerin doğal olarak plazma elektrodinamiği yasalarını izleyen, akım taşıyan yapılar mı, yoksa soğuk karanlık madde için gerekli olan varsayılmış kütleçekimi kuvvetlerinin bilgisayar simülasyonlarına göre bir şekilde kütleçekimiyle çalışan binlerce ışıkyılı uzunluğundaki akışkan 'jetler' mi olduğudur.

Bir akışkanda, jetler hızla düşük hızlı bulutlara dağılma eğilimindedir.

Bununla birlikte, uzaydaki bazı jetler, örneğin eliptik gökada (galaksi) M87'den gelen 4.000 ışıkyılı uzunluğundaki jet, bir sis bulutuna dağılmadan önce oldukça büyük mesafeler boyunca jet durumunda kalıyor gibi görünüyor. Bu, jetlerin akışkan jetler değil, elektrik filamentleri olduğunu gösterebilir.

M87 galaksisinden bir jet. Gökada, sol üstte, görünür ışıkta (kırmızımsı) parlak düğümdür; jet aşağı ve sağa doğru uzanır, UV ışığında (beyaz ve mavi) görünür. Resim Hakları: NASA / Hubble

Radyo galaksisi 3C303'ten çıkan bir jet hakkındaki araştırmalarına dayanarak, 2011 yılında Kronberg, Lovelace ve diğerleri tarafından arXiv'de "Kpc Ölçekli Bir Jette Akımın Ölçümü" başlıklı önemli bir makale(link) yayınlandı.

Bunların elektrik filamentleri olduğunu varsayarsak, o zaman bize elektrik filamentlerinin astronomik mesafelerde şekillerini nasıl koruduklarını hangi teori ve deneyin söyleyeceğini bilmemiz gerekir. Bu daha sonra tartışılacaktır.

6.7 Akım Sıkışması (Current Pinches)

Bir iletken veya filamentde akan herhangi bir I akımı, çevresinde manyetik bir B alanına neden olur. Eşit manyetik kuvvet çizgileri, akım ekseni etrafında halkalar şeklinde olacaktır. Manyetik kuvvet eksenden uzaklaştıkça, radyal mesafe ile azalır.

Lorentz Kuvveti dikkate alındığında, I akımının kendi manyetik alanı olan B ile etkileşiminin akım filamenti üzerinde I × B şeklinde yazılan (yani, vektör terminolojisinde "B çarpı I") ışınsal olarak içe doğru bir basınca neden olacağı gösterilebilir. Buna "sıkışma (pinch)" veya "z sıkışması (z-pinch)" denir (akımın akışı "z" koordinatının yönüne paralel olarak tanımlarken).

Metal bir iletkende atomik iyon kafesi (the atomic ion lattice), I × B basıncına direnir. Bir plazma akımında, basınç filamentin içindeki plazmanın basıncı ile dengelenebilir. Bu, akımın kendi azimut veya dairesel manyetik alanı boyunca eksenel olarak akabildiği sabit bir durumla sonuçlanır. Dengeleme denklemi Bennett Pinch denklemi olarak bilinir.

Laboratuar çalışmaları, alüminyum kutuları ezmek için çok hızlı bir şekilde güçlü bir manyetik alan uygulayarak sıkıştırma efektini kullanabilir. Teneke kutudaki basınç, sıkıştırma kuvvetine yeterince direnecek kadar artmadan önce, kutu ezilir. Yıldırımdaki manyetik alan kuvvetleri, katı bir bakır topraklama çubuğunu içe doğru ezecek bir sıkıştırma oluşturabilir.

Solda: 3-turlu ağır tel (3-turn heavy wire) ile hızlı bir 2 kj deşarjın oluşturduğu alan bu kutuyu ezdi. Sağda: z sıkışması yıldırım çarpması (Nature’s lightning z-pinch) bu metal çubuğu deforme etti. Resim Hakları: Wiki Creative Commons

6.8 Alana Hizalanmış Akımlar

Uzayda, nötr gaz basıncı genellikle ihmal edilebilir düzeydedir ve bu nedenle I × B kuvveti ile basınç kuvveti arasında denge oluşamaz. Durumun çözülmesinin tek yolu, I × B kuvvetinin ortadan kalkmasıdır. Bu, I ve B'nin (akım yönü ve manyetik alan yönü) paralel olduğunu ve vektör cebri ile vektör çarpımının sıfır olduğunu gösterir.

Diğer manyetik alanlar mevcutsa, kozmik uzayın çoğundan geçtikleri biliniyor, I × B kuvveti toplam manyetik alan kullanılarak yani akımın kendi B'si ile genel B, vektör cebiri ile toplanarak hesaplanmalıdır.

Böylece bir uzay plazmasında, akım I ve toplam manyetik alan B paralel olacak şekilde yeniden hizalanır. Başka bir deyişle, akım manyetik alanı takip eder: "alanla hizalı" bir akımdır.

Harici bir manyetik alan olmasa bile, bir plazmada akan herhangi bir küçük akım, doğal olarak kendi manyetik alanlarını üreten ve böylece akımın filamentini koruyan daha büyük akımlara birikme eğiliminde olacaktır.

Olan şey, filamentin merkezine yakın elektronların neredeyse düz çizgiler halinde akması ve çevrelerinde azimutal bir manyetik alan oluşturmasıdır.

(https://tr.wikipedia.org/wiki/Azimut

Azimuth duzelt la) Merkezden uzak elektronlar, manyetik alanın bu azimut bileşeninden etkilenir ve ana akım yönüyle hizalanmış daha sarmal bir yolda hareket eder. Bu sarmal hareket, aşağıdaki diyagramda gösterildiği gibi eksen yakınında daha düz manyetik alan çizgileri oluşturur. Filamentin merkezine ne kadar yakınsa, manyetik alan çizgileri ve elektronların yolları o kadar düz olur.

Elektron, akım filamentinin merkezinden değişen mesafelerde alanla hizalı bir akımda akar. Resim Hakları: Wiki Commons

Bu nedenle, akımdaki herhangi bir tekil elektron kendi çevresinde manyetik alan yönü boyunca akar, ancak toplu olarak filament, harici bir manyetik alan olmadan bile korunur. Bu, çok büyük akımların küçük akımlardan birleştirilebileceği ve büyük mesafelerde iletilebileceği anlamına gelir.

Bunu ifade etmenin bir başka yolu da plazmanın elektriksel direncini dikkate almaktır. Manyetik alan yönüne karşı akan akım (Current flowing across the magnetic field direction), Lorentz Kuvvet Yasasındaki U × B terimi nedeniyle manyetik alan yönü boyunca akan akımdan daha fazla direnç yaşayacaktır. Paralel direnç, dikey dirençten daha azdır bu nedenle akım manyetik alanla aynı hizada akma eğilimindedir.

6.9 Akımların Kendini Kısıtlaması (Self-Constriction of Currents)

Ayrıntılı matematiksel analiz, I ve B'nin, hem I hem de B'nin, dış B (the external B) ile hizalanmış bir eksen etrafında birbirine paralel spiral eğilimi gösterecek şekilde etkileşime girdiğini göstermektedir. Net etki, hem I hem de B'nin, dış B alanının yönüyle hizalanmış sarmal bir yol izlemesidir.

Ayrıca, sarmal I ve B'nin eksenel ve azimut (halka) bileşenlerinin etkileşiminin, hem I hem de B'nin, eksen üzerinde merkezlenmiş belirli bir yarıçapı olan bir silindire büyük ölçüde sınırlanmasına neden olduğu bulunmuştur.

Özetlemek gerekirse, uzay plazmalarında önemli bir basıncın olmaması, akımların genel manyetik alan yönüyle hizalanmış silindirik filamentlerde akmasına neden olur. Silindirik filament içinde, hem akım hem de manyetik alan birbirine paralel kalırken silindirin ekseni etrafında dönecektir.

Herhangi bir nedenle I ve toplam B arasındaki paralel hizalama bozulursa, bir I × B kuvvetinin ortaya çıkacağını ve iki bileşenden hangisinin daha eksenel olduğuna bağlı olarak radyal sıkıştırmaya veya radyal genişlemeye neden olacağına dikkat edin. Böylelikle bir filament sıkışması meydana gelebilir, örneğin, içinden akım filamenti akan alanlardaki değişiklikler nedeniyle.

6.10 Akım Filamentlerinin Kararlılığı

Bir diğer önemli faktör matematiksel analizden ortaya çıkar. Kuvvet içermeyen veya alan hizalı dizilim, akımın içeri akması için minimum enerji durumudur. Bu, alan hizalı dizilimin doğal olarak kararlı olduğu anlamına gelir. Dış etkenler tarafından bozulmadıkça, akımlar manyetik alanla aynı hizada kalma eğiliminde olacaktır.

Artık alanla hizalı akımların geniş mesafelerde nasıl devam edebileceğini görebiliriz. Bu nedenle, alan hizalı akımlar, yüzlerce ila binlerce ışıkyılı boyunca uzandığı görülen koşutlanmış (paralel akışlı) 'jetler'in geleneksel sıvı akışlarına dayanan kütleçekimi Modeli açıklamasından (yukarıdaki 6.6'ya bakın), çok daha olası bir açıklamadır. Jodrell Bank'taki Birleşik Krallık radyo gözlemevi, radyo dalga boylarında görülen çok çeşitli galaktik jet görüntülerini DRAGNs Atlası'nda (Galaktik Çekirdeklerle İlişkilendirilmiş Çift Radyo Kaynağı) {Atlas of DRAGNs (Double Radiosource Associated with Galactic Nuclei)} toplamıştır. Tipik bir çift jeti gösteren böyle bir görüntü aşağıda tasvir edilmiştir:

Alan-hizalı filament akımlarının elektromanyetik kuvvetler tarafından belirli akım silindirlerine hapsedilmesi, deşarj tüpleri ile yapılan laboratuvar deneylerinde görülen J-V eğrisinin düşme özelliği ile tutarlıdır. Plazma Parlama (Glow) Modunda ise, uzay plazmalarında görünür aralığın (the visible range) dışındaki dalga boylarında parlama olduğu anlamına gelebilir, o zaman akım silindirinin yarıçapı, elektrik ve manyetik alanların etkilerinin bir kombinasyonu ile ve akım yoğunluğu-Gerilim eğrisinin şekli ile belirlenecektir. Rus fizikçiler A.B Kukushkin ve V.A. Kurchatov Enstitüsü'nden Rantsev-Kartinov, Moskova tarafından yazılan bu makaleden(link???) yoğun kozmik z sıkışmalarında (dense cosmic z-pinches) filamentleşme süreci hakkında daha fazla bilgi edinin.

6.11 Maddenin Yoğunlaşması

I × B kuvveti ile ilgili başka bir etki de analiz yoluyla belirlenebilir. I akımının bir E elektrik alanına neden olduğunu varsayalım. Şimdi E ve B'nin etkileşiminden kaynaklanan kuvveti düşünün. Akımın kendisindeki kuvvetler nedeniyle I'nın toplam B ile hizalı hale gelmeye eğilimli olduğunu hatırlayın. O zaman akıma neden olan E, içinden akımın geçtiği dış manyetik alanın ve akımın kendisi tarafından üretilen azimut manyetik alanın vektör toplamı olan toplam B ile tamamen hizalanmayacaktır.

I × B kuvvetinde olduğu gibi E B'ye paralel olmadığında bir E × B kuvveti de vardır. Bu E × B kuvveti, akım silindirindeki yüklü parçacıklara etki eder ve hem iyonların hem de elektronların filamentin merkezine doğru hareket etmesine neden olur. Plazmalar genellikle yüksek oranda yüklü toz taneleri içerir ve bunlar da filamente çekilir. Yüklü parçacıklar ve nötr atomlar arasındaki viskoz sürükleme, nötr atomları da filamente doğru çekme eğiliminde olacaktır.

Bu nedenle, uzaydaki akım filamentleri, akıma ve toplam manyetik alana neden olan elektrik alanın yanlış hizalanmasının bir sonucu olarak içlerinde madde biriktirme eğiliminde olacaktır.

I ve B'nin herhangi bir yanlış hizalanması meydana gelirse sıkışmaların meydana gelebileceğini hatırlayarak, filamente çekilen herhangi bir madde, I ve B'de bir yanlış hizalama meydana gelirse de sıkıştırılacaktır. Sıkıştırma kuvveti yeterince büyükse, filamenti akımın ekseni boyunca ayrı küresel veya toroidal plazmoidlere parçalayabilir. Sıkıştırma bölgesindeki herhangi bir madde daha sonra aynı forma sıkıştırılır.

Elektromekanik kuvvetler kütleçekiminden çok daha güçlü olduğu için, bu mekanizma, dağınık maddenin, dağınık bulutsuların ince toz parçacıklarının kütleçekimsel sıkıştırmasından çok daha verimli bir şekilde biriktirilip sıkıştırılabileceği bir yol sunar.

Elbette, madde iyonların ve elektronların rekombinasyonu ile nötralize edildiğinde ve yeterince sıkıştırıldığında, elektromanyetik kuvvetler kütleçekimin önemli hale geldiği ve elektromanyetik kuvvetlerin başlattığı sıkıştırmanın devam ettiği noktaya indirilebilir.

6.12 Marklund Konveksiyon (Marklund Convection)

Bir silindirik akım durumunda, E × B kuvveti ışınsal olarak içe doğrudur ve daha önce gördüğümüz gibi, bir akım filamentinin kendi kendine sıkışmasına, daralmasına neden olur. Bu, akım eksenine yakın parçacık yoğunluğunda bir artışa neden olur. O zaman iki şey olabilir:

• Birincisi, yoğunluğun arttığı bölgelerden gelen ışınımla soğutmanın, yoğunluğun artmasından dolayı sezgisel olarak beklenebilecek artışın aksine, merkeze daha yakın bir sıcaklık düşüşüne neden olabileceğidir.
• İkincisi, iyonların ve elektronların rekombinasyonunun oluşmaya başlamasıdır.

Her kimyasal elementin iyonlaşma enerjisi olarak bilinen, iyonlaşacağı veya yeniden birleşeceği belirli bir enerji seviyesi vardır. Bu, su gibi bir sıvının kaynama noktasına benzer: belirli bir sıcaklıkta, maddenin fazı veya durumu bir durumdan diğerine değişecektir.

Hareketin kinetik enerjisi iyonlaşma enerjisi ile eşitlenirse, her bir element için Kritik İyonlaşma Hızı (CIV) olarak bilinen karakteristik bir hız türetilebilir. Sıcaklık, termal enerjinin bir ölçüsü olduğundan, CIV sıcaklıkla ilişkilendirilebilir. Uzayda yaygın olarak bulunan elementlerin CIV değerleri rastgele dağıtılmaz, ancak belirli hız değerleri etrafında dört farklı bant halinde gruplanır. Her bir bant içinde, o banttaki tüm öğeler birbirine benzer CIV'lere sahiptir.

Alanla hizalanmış bir akımın yakınında, E × B kuvveti iyonların ve elektronların daha soğuk merkez eksenine doğru ışınsal kaymasına neden olur. Farklı CIV'leri nedeniyle, farklı iyonlar merkeze doğru hareket ettikçe ve giderek daha soğuk bölgelere girdikçe farklı yarıçaplarda yeniden birleşeceklerdir.

Bu süreç, onu keşfeden İsveçli fizikçi Göran Marklund'tan sonra Marklund Konveksiyonu olarak biliniyor.

Marklund konveksiyonu ve manyetik olarak sıkıştırılmış bir akımda sıralama. Resim, Wal Thornhill'in izniyle, www.holoscience.com

Net sonuç, Marklund Konveksiyonunun bölgede bulunan tüm elementleri iyonizasyon potansiyellerine göre farklı gruplara ayırmasıdır. Element grupları, silindirik alan hizalı bir akım içinde farklı yarıçaplarda silindirik kabuklar halinde düzenlenmiştir.

Hidrojen, diğer elementlere kıyasla yüksek bir CIV'ye sahip olduğundan, ilk başta o yeniden birleşecektir, diğer elementlerin kabuklarından daha büyük yarıçaplı silindirik bir kılıfta yeniden birleşecektir.

Bu tür bir elektriksel sıralama, kozmosta gözlemlediğimiz bazı elementlerin rastgele olmayan dağılımından sorumlu olabilir. Özellikle, radyo teleskopları tarafından tespit edilen galakside iplik benzeri yapılarda nötr hidrojenin üstünlüğünü açıklayabilir.

Hubble Uzay Teleskobu tarafından görüntülenen Kartal Bulutsusunun görüntüsü, kozmik bir manyetik sıkışmanın ve hidrojen-helyum ortamıyla çevrelenmiş tozlu plazmanın bir örneği olabilir mi?