เว็บตรงแตกง่าย หมุนแกน

ไดนาโมในห้องปฏิบัติการพยายามสร้างสนามแม่เหล็ก เว็บตรงแตกง่าย ในลักษณะที่ดาวเคราะห์และดวงดาวทำDaniel Lathrop ใช้เวลาเจ็ดปีกับ 2 ล้านเหรียญสหรัฐในการสร้างทรงกลมสแตนเลสในห้องปฏิบัติการของเขา อันที่จริงมันเป็นทรงกลมสองอัน – หนึ่งอยู่ภายในอีกอันเหมือนตุ๊กตารัสเซียคู่หนึ่ง มีเพียงตุ๊กตาเหล่านี้เท่านั้นที่มีโลหะหลอมเหลว 12 ตัน และหมุนอย่างอิสระด้วยความเร็วที่น่าอัศจรรย์

ด้วยการคุมกำเนิดของเขา Lathrop นักฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยแมริแลนด์ในคอลเลจพาร์ค หวังที่จะสร้างหัวใจโลหะที่หมุนวนของโลกขึ้นมาใหม่ ในขณะที่ดาวเคราะห์หมุนรอบแกนของมัน เหล็กเหลวที่นำไฟฟ้าด้วยไฟฟ้าจะหมุนแกนนอกออกไปหลายพันกิโลเมตร การเคลื่อนที่เฉื่อยของเหล็กในกระบวนการที่เรียกว่าไดนาโม สร้างและรักษาสนามแม่เหล็กของโลกไว้

ด้วยบทบาทที่สำคัญของสนามแม่เหล็กของดาวเคราะห์ในการชี้นำและปกป้องโลกจากพายุสุริยะ 

นักวิทยาศาสตร์จึงรู้เพียงเล็กน้อยเกี่ยวกับมันอย่างน่าประหลาดใจ นักธรณีฟิสิกส์ไม่ทราบแน่ชัดว่าสนามแม่เหล็กเริ่มต้นเมื่อหลายพันล้านปีก่อนได้อย่างไร หรือสนามแม่เหล็กสามารถรักษาตัวเองให้คงอยู่ได้นานเพียงใด เป็นเรื่องลึกลับว่าทำไมโลกถึงมีสนามแม่เหล็กตั้งแต่แรก ไม่ใช่ดาวเคราะห์ทุกดวงที่ทำ Tiny Mercury มีหนึ่งตัวอย่างในขณะที่ Mars ไม่มี ดาวอย่างดวงอาทิตย์จะสร้างไดนาโมภายในอันทรงพลังเช่นกัน และแบบจำลองในห้องปฏิบัติการที่เต็มไปด้วยโลหะที่ร้อนจัดอาจสร้างขึ้นใหม่ได้

เป้าหมายของ Lathrop คือการให้ข้อมูลทางวิทยาศาสตร์ที่หนักแน่นว่าสนามแม่เหล็กของโลกมาจากไหน ตุ๊กตารัสเซียของเขาอาศัยอยู่ในห้องทดลองของมหาวิทยาลัย ซึ่งพวกมันยืนอยู่ในฐานะโลกจำลองย่อส่วน โซเดียมเหลวที่เติมช่องว่างระหว่างทรงกลมด้านในและด้านนอกจะเข้ามาแทนที่แกนเหล็กด้านนอกที่เป็นเหล็กเหลวของดาวเคราะห์ Lathrop หวังว่าโซเดียมที่หมุนวนจะสร้างไดนาโมของตัวเองและสร้างสนามแม่เหล็กที่ค้ำจุนตัวเอง

หากการทดลองใช้ได้ผล ทีมงานของ Lathrop จะสามารถศึกษาแรงที่ขับเคลื่อนไดนาโมของโลกและพิจารณาว่าจะเกิดอะไรขึ้นกับสนามแม่เหล็กของเราในอนาคต มันพลิกกลับแบบกึ่งปกติในอดีตของโลก เพื่อให้ทิศเหนือแม่เหล็กกลายเป็นทิศใต้ของแม่เหล็ก และในทางกลับกัน นักวิทยาศาสตร์บางคนคิดว่าโลกกำลังจะพลิกกลับอีกครั้ง “เราสามารถมุ่งหน้าสู่การพลิกกลับได้ในขณะนี้ แต่นั่นเป็นเพียงลางสังหรณ์” Lathrop กล่าว “เราติดอยู่ระหว่างลางสังหรณ์กับวิทยาศาสตร์”

ตั้งแต่ฤดูใบไม้ผลิที่แล้ว เมื่ออุปกรณ์ของเขาเต็มไปด้วยโซเดียมเป็นครั้งแรก Lathrop ได้เปิดใช้งานประมาณเดือนละครั้ง พลิกสวิตช์ในเช้าวันจันทร์ และตอนเที่ยงวันอังคาร โซเดียมทั้งหมดซึ่งเป็นของแข็งที่อุณหภูมิห้องจะร้อนพอที่จะละลาย พลิกสวิตช์อีกอันหนึ่งและทรงกลมเริ่มหมุนเหมือนเดอร์วิช ปั่นโซเดียมเหลวระหว่างกัน

เครื่องมือที่อยู่รอบๆ อุปกรณ์จะรวบรวมข้อมูลเกี่ยวกับการไหลของของเหลวและการสร้างสนามแม่เหล็กหรือไม่ ยังไม่มีไดนาโม แต่อุปกรณ์ช่วยให้ทีมสร้างข้อมูลจำนวนมากได้อย่างรวดเร็ว “ทุก ๆ วินาทีในการทดลองของเราเลียนแบบประวัติศาสตร์โลก 5,000 ปี” Lathrop กล่าว “ภายในเวลาไม่กี่ชั่วโมง ฉันสามารถส่งข้อมูลคุณภาพสูงเป็นเวลาหลายล้านปีได้”

สร้างไดนาโมที่ดีกว่า

“สิ่งที่น่าสนใจจากมุมมองของการทดลองคือไดนาโมเป็นปรากฏการณ์ธรณีประตู คุณอาจจะได้มันมาหรือไม่ก็เกิด” ปีเตอร์ โอลสัน นักธรณีพลศาสตร์จากมหาวิทยาลัยจอห์น ฮอปกิ้นส์ กล่าว “คุณมีสองทางเลือกในการสร้าง: คุณสามารถเริ่มต้นด้วยการกำหนดค่าที่เหมือนโลกมากที่สุดและพยายามทำงานให้ถึงขีดจำกัดนั้น หรือคุณสามารถเริ่มต้นด้วยการกำหนดค่าที่สมจริงน้อยกว่า สร้างไดนาโมแล้วเริ่มลบบิตที่ไม่สมจริง”

วิธีหลังคือวิธีที่สามกลุ่มได้รับไดนาโมในห้องแล็บแล้ว สองคนแรกได้รับการรายงานในปี 2000 ในริกา ลัตเวีย และในคาร์ลสรูเฮอ ประเทศเยอรมนี ทั้งสองบังคับให้โซเดียมเหลวในถังทรงกระบอกไหลเป็นเกลียว ซึ่งเป็นการเคลื่อนที่แบบบิดเกลียวที่เพียงพอสำหรับของเหลวที่จะสร้างไดนาโม 

นักฟิสิกส์ได้รวบรวมการทดลองโซเดียมครั้งที่สามในเมืองคาดาราช ประเทศฝรั่งเศส Olson กล่าวว่า “มีรูปแบบตามเครื่องซักผ้าของฝรั่งเศส ใช้กระบอกทองแดงที่เต็มไปด้วยโซเดียมเหลวกวนโดยดิสก์ที่ปลายแต่ละด้าน ดิสก์สามารถหมุนไปในทิศทางเดียวกันหรือตรงกันข้ามโดยพื้นฐานแล้วผลักหรือดึงโซเดียมและตั้งค่ากระแสที่วุ่นวายทุกประเภท

ในปี 2549 การทดลอง Cadarache ได้สร้างไดนาโม อุปกรณ์แสดงพฤติกรรมแม่เหล็กที่หลากหลายยิ่งขึ้นกว่าสองรุ่นก่อนหน้านี้ ตัวอย่างเช่น ทิศทางของสนามแม่เหล็กในอุปกรณ์จะกลับทิศทางทุกๆ ครั้ง เช่นเดียวกับที่โลกทำ

แต่เครื่องใช้งานได้เพียงเพราะมีบางส่วนที่ไม่สมจริงตามที่ Olson อ้างถึง โดยเฉพาะอย่างยิ่ง มันสร้างไดนาโมก็ต่อเมื่อจานกวนหนึ่งหรือทั้งสองอันทำจากเหล็ก ซึ่งทำให้เกิดแรงแม่เหล็กพิเศษที่ช่วยให้ไดนาโมเคลื่อนที่ได้ นำเตารีดออก และเครื่อง Cadarache จะไม่ข้ามธรณีประตูอีกต่อไป

ชุดทดลองโซเดียมล่าสุดใช้ทรงกลม ไม่ใช่ทรงกระบอก เพื่อหมุนของไหลในสถานการณ์ที่เหมือนดาวเคราะห์มากขึ้น โลกเป็นทรงกลม การทดลองเหล่านี้ยังไม่บรรลุผลสำเร็จของไดนาโม แต่พวกเขามีส่วนทำให้เกิดการค้นพบที่สำคัญบางอย่างที่อาจช่วย Lathrop สร้างไดนาโมของเขา โดยเฉพาะอย่างยิ่ง นักวิจัยได้เรียนรู้มากมายเกี่ยวกับความปั่นป่วน การเปลี่ยนแปลงที่คาดเดาไม่ได้ในทิศทางที่ของเหลวไหลบางครั้งใช้ เว็บตรงแตกง่าย