ศึกษาเกี่ยวกับดวงอาทิตย์

การวิจัยแสดงให้เห็นถึงความสำเร็จในการวิเคราะห์ข้อมูลที่แทบไม่เคยปรากฏมาก่อน: ตั้งแต่ปี 2020 ถึง 2022 กองทัพขนาดเล็กซึ่งส่วนใหญ่เป็นนักศึกษาชั้นปีที่ 1 และ 2 ได้ตรวจสอบฟิสิกส์ของแสงแฟลร์สุริยะจริงมากกว่า 600 ครั้ง ซึ่งเป็นการปะทุของพลังงานขนาดมหึมาจากโคโรนาของดวงอาทิตย์ . นักวิจัย ซึ่งรวมถึงนักศึกษาระดับปริญญาตรีและบัณฑิตศึกษา 995 คน เผยแพร่การค้นพบของพวกเขาในวารสารThe Astrophysical Journal เมื่อ วันที่ 9 พฤษภาคม ผลการวิจัยชี้ให้เห็นว่าเปลวสุริยะอาจไม่มีส่วนทำให้โคโรนาของดวงอาทิตย์ร้อนจัด ดังที่ทฤษฎีที่ได้รับความนิยมในทางฟิสิกส์ดาราศาสตร์เสนอแนะ "เราต้องการเน้นให้นักเรียนเหล่านี้ทราบว่าพวกเขากำลังทำการวิจัยทางวิทยาศาสตร์จริง ๆ" เจมส์ เมสัน ผู้เขียนนำของการศึกษาและนักฟิสิกส์ดาราศาสตร์แห่งห้องปฏิบัติการฟิสิกส์ประยุกต์ของมหาวิทยาลัยจอห์น ฮอปกินส์กล่าว ผู้ร่วมวิจัย Heather Lewandowski เห็นด้วย โดยสังเกตว่าการศึกษานี้จะเกิดขึ้นไม่ได้หากไม่มีนักศึกษาระดับปริญญาตรีที่ทุ่มเททำงานประมาณ 56,000 ชั่วโมงให้กับโครงการ Lewandowski ศาสตราจารย์ด้านฟิสิกส์และเพื่อนของ JILA ซึ่งเป็นสถาบันวิจัยร่วมระหว่าง CU Boulder และ National Institute of Standards and Technology (NIST) กล่าวว่า "มันเป็นความพยายามครั้งใหญ่จากทุกคนที่เกี่ยวข้อง ฟิสิกส์แคมป์ไฟ การศึกษามุ่งเน้นไปที่ความลึกลับที่ทำให้แม้แต่นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์อาวุโสยังต้องเกาหัว การสำรวจด้วยกล้องโทรทรรศน์ชี้ให้เห็นว่าโคโรนาของดวงอาทิตย์ร้อนฉ่าที่อุณหภูมิหลายล้านองศาฟาเรนไฮต์ ในทางตรงกันข้ามพื้นผิวของดวงอาทิตย์นั้นเย็นกว่ามากโดยลงทะเบียนในระดับหลายพันองศาเท่านั้น “มันเหมือนกับการยืนอยู่หน้ากองไฟ และเมื่อคุณถอยออกไป มันจะร้อนขึ้นมาก” เมสันกล่าว "มันไม่มีเหตุผล" นักวิทยาศาสตร์บางคนสงสัยว่าโดยเฉพาะอย่างยิ่งแสงแฟลร์เล็กๆ หรือ "นาโนแฟลร์" ซึ่งเล็กเกินไปสำหรับกล้องโทรทรรศน์ที่ก้าวหน้าที่สุดในการตรวจจับ อาจเป็นต้นเหตุ หากมีเหตุการณ์ดังกล่าวเกิดขึ้น พวกมันอาจปรากฏขึ้นทั่ว ดวงอาทิตย์ เกือบตลอดเวลา และตามทฤษฎีแล้ว พวกเขาสามารถรวมกันเพื่อทำให้โคโรน่าอร่อยได้ ลองนึกถึงการต้มน้ำหนึ่งหม้อโดยใช้ไม้ขีดไฟหลายพันไม้ขีด ผลลัพธ์ของนักเรียนทำให้เกิดความสงสัยในทฤษฎีนี้ เมสันกล่าว แม้ว่าเขาจะคิดว่ายังเร็วเกินไปที่จะพูดให้แน่ชัด "ฉันหวังว่าผลลัพธ์ของเราจะแตกต่างออกไป ฉันยังรู้สึกว่านาโนแฟลร์เป็นตัวขับเคลื่อนสำคัญที่ทำให้โคโรนาร้อนขึ้น" เมสันกล่าว "แต่หลักฐานจากเอกสารของเราแสดงให้เห็นตรงกันข้าม ฉันเป็นนักวิทยาศาสตร์ ฉันต้องไปตามที่หลักฐานชี้มา" ช่วงเวลาที่มีการระบาดสูงสุด ความพยายามเริ่มต้นขึ้นในช่วงที่โควิด-19 ระบาดอย่างหนัก ในฤดูใบไม้ผลิปี 2020 CU Boulder ก็เหมือนกับมหาวิทยาลัยส่วนใหญ่ทั่วประเทศ ได้ย้ายหลักสูตรมาทางออนไลน์ทั้งหมด อย่างไรก็ตาม Lewandowski ต้องเผชิญกับสถานการณ์: เธอกำลังสอนชั้นเรียนเกี่ยวกับการวิจัยภาคปฏิบัติที่เรียกว่า "Experimental Physics I" ซึ่งตกชั้น และเธอไม่มีอะไรให้นักเรียนทำ “นี่คือช่วงเวลาที่มีการระบาดสูงสุด” เลวานดอฟสกี้กล่าว "บางครั้งมันก็ยากที่จะนึกย้อนกลับไปว่าชีวิตตอนนั้นเป็นอย่างไร นักเรียนเหล่านี้โดดเดี่ยวมาก พวกเขาเครียดมาก" Mason ซึ่งขณะนั้นเป็นนักวิจัยที่ห้องปฏิบัติการฟิสิกส์บรรยากาศและอวกาศ (LASP) ที่ CU Boulder ได้เสนอแนวคิด นักวิทยาศาสตร์ต้องการที่จะเจาะลึกคณิตศาสตร์ของเปลวสุริยะมานานแล้ว โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เขาได้พยายามตรวจสอบชุดข้อมูลของเปลวไฟนับพันที่เกิดขึ้นระหว่างปี 2554-2561 และถูกตรวจพบโดยเครื่องมือในอวกาศ พวกเขารวมถึงชุดดาวเทียมสภาพแวดล้อมการดำเนินงานด้านสิ่งแวดล้อมและการดำเนินงานด้านมหาสมุทรและบรรยากาศแห่งชาติ (GOES) และเครื่องสเปกโตรมิเตอร์รังสีเอกซ์ขนาดเล็กของ NASA (MinXSS) ซึ่งเป็นภารกิจของ CubeSat ที่ออกแบบและสร้างขึ้นที่ LASP ปัญหา: มีเปลวไฟมากเกินไปที่จะตรวจสอบด้วยตัวเขาเอง นั่นคือตอนที่เมสันและเลวานดอฟสกี้ขอความช่วยเหลือจากนักเรียน เมสันอธิบายว่าคุณสามารถอนุมานรายละเอียดเกี่ยวกับพฤติกรรมของแสงนาโนได้โดยการศึกษาฟิสิกส์ของแสงแฟลร์ขนาดใหญ่ ซึ่งนักวิทยาศาสตร์ได้สังเกตโดยตรงมานานหลายทศวรรษ ในการทำเช่นนั้น นักเรียนแบ่งออกเป็นกลุ่มละสามหรือสี่คน และเลือกเปลวไฟปกติที่พวกเขาต้องการวิเคราะห์ตลอดภาคการศึกษา จากนั้น ผ่านการคำนวณที่ยาวนานหลายชุด พวกเขาจึงรวมปริมาณความร้อนที่แต่ละเหตุการณ์เหล่านี้สามารถเทเข้าสู่โคโรนาของดวงอาทิตย์ได้ การคำนวณของพวกเขาวาดภาพที่ชัดเจน: ผลรวมของแสงนาโนของดวงอาทิตย์น่าจะไม่แรงพอที่จะทำให้โคโรนาร้อนขึ้นถึงหลายล้านองศาฟาเรนไฮต์ ประสบการณ์ทางการศึกษา อะไรทำให้โคโรนาร้อนจัดนั้นไม่ชัดเจน ทฤษฎีที่แข่งขันกันเสนอว่าคลื่นในสนามแม่เหล็กของดวงอาทิตย์นำพาพลังงานจากภายในดวงอาทิตย์ไปสู่ชั้นบรรยากาศ แต่การค้นพบที่แท้จริงของการศึกษาไม่ได้เป็นเพียงผลลัพธ์ที่สำคัญเท่านั้น Lewandowski กล่าวว่านักเรียนของเธอสามารถมีโอกาสที่หายากสำหรับนักวิทยาศาสตร์และวิศวกรตั้งแต่เริ่มต้นอาชีพของพวกเขา - เพื่อเรียนรู้โดยตรงเกี่ยวกับวิธีการทำงานร่วมกันและมักยุ่งเหยิงของการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ในโลกแห่งความเป็นจริง “เรายังคงได้ยินนักเรียนพูดถึงหลักสูตรนี้ในห้องโถง” เธอกล่าว "นักเรียนของเราสามารถสร้างชุมชนและช่วยเหลือซึ่งกันและกันในช่วงเวลาที่ยากลำบาก"