Przepływ słonecznych elektronów

(Z Dodatku C książki Electric Sky D. E. Scotta, Moikamar 2006)

Ciemne elektrony znalezione przez NASA

(ostatnia aktualizacja w czerwcu 2013)

W późnych latach 1970 Ralph Juergens badał^[1], w jaki sposób Słońce otrzymuje swoją energię z zewnętrznego przepływu energii elektrycznej. Przystąpił do obliczania liczby dostępnych elektronów, które oddziałując z otrzymanym woltażem Słońca, byłyby wystarczające do wydzielenia mocy, z jaką Słońce emituje energię. Pod koniec 2011, oraz w latach 2012-2013, okazało się, dzięki sondzie Voyager 1, że dane otrzymane przez Juergensa były daleko zaniżone. Również promień heliopauzy jest trzykrotnie większy, niż myślał Juergens. Na skutek tych odkryć, wymagany spadek woltażu katodowego, obliczony przez Juergensa, okazał się o wiele za duży.

Oświadczenie NASA, zatytułowane Voyager dosięgnął nowego obszaru na skraju Układu słonecznego^[2] dostarczyło następujących ważnych uaktualnień do założeń Juergensa, użytych w jego ustaleniach:

• Voyager 1 (dnia 9/9/2011) dotarł do heliopauzy (zewnętrznej powierzchni słonecznej otoczki plazmowej). Jest to w przybliżeniu 1,82264 × 10¹⁰ km (18 mld kilometrów lub ~122 AU) od Słońca. nie doniesiono, żeby sonda opuściła granicy i nie weszła w przestrzeń międzygwiezdną, jest to więc najmniejszy oficjalnie ustalony promień heliosfery.
• Voyager 1 zarejestrował 100-krotne zwiększenie intensywności wysoko energetycznych elektronów, docierających ze wszystkich zakątków galaktyki. Pierwotne ustalenia wynosiły 100 000 na m³. Uaktualniona wielkość wynosi ~10⁷ / m³.
• Sonda zmierzyła prędkość wiatru słonecznego, i po raz pierwszy okazało się, że wieje on z powrotem, w naszą stronę.

Z pomocą tych nowych danych możemy przeliczyć ilość dostępnych dla modelu elektrycznego elektronów. Stała słoneczna, zdefiniowana jako całościowa energia promieniowania słonecznego, na wszystkich częstotliwościach, padająca na centymetr kwadratowy w odległości Ziemi od Słońca, wynosi 0,137 wata / cm^2[3]. Oznacza to, że Słońce musi emitować około 6,5 × 10⁷ W na m² fotosfery, a całkowita moc Słońca wynosi 4 × 10²⁶ W. Odpowiada to ~42 000 W na cal².

Jakiekolwiek hipotetyczne wejście musi więc dostarczać moc 4 × 10²⁶ W. Juergens założył, że spadek woltażu katodowego jest rzędu 10¹⁰ V. W takim przypadku, moc dzielona przez woltaż daje natężenie 4 × 10¹⁶ amperów. Prędkości wiatrów międzygwiezdnych wynoszą^[4] od 200 do 1000 km/s. Odpowiada to 2 × 10⁵ do 10⁶ m/s. Załóżmy więc, że efektywna prędkość typowego międzygwiezdnego elektronu wynosi przynajmniej 10⁵ m/s.

W czasie, gdy Juergens dokonywał swoich obliczeń (1979), otrzymany prąd jonizacji gazu międzygwiezdnego wymagał przynajmniej 100 000 wolnych elektronów na m². Ale w świetle nowych danych (patrz #1 powyżej) liczba ta jest obecnie sto razy większa, i wynosi 10⁷/m³. Losowy prąd elektryczny elektronów niech będzie oznaczony I_r = Nev, gdzie N jest gęstością elektronów na metr sześcienny, e jest ładunkiem elektronu w kulombach, a v jest średnią prędkością (w m/s). Otrzymujemy stąd, że

$I_r=Nev={10}^7\mathrm{elektronów}\times \mathrm{1,6}\times {10}^{-19}\mathrm{kulombów}/\mathrm{elektron}\times {10}^{5}m/s$

zatem gęstość średniego prądu elektrycznego wynosi około 1,6 × 10^-7 A/m² przez powierzchnię położoną pod dowolnym kątem.

Całkowity prąd elektryczny, który może wyzwolić wyładowanie słoneczne, jest produktem gęstości tego losowego prądu, oraz powierzchni sfery objętej spadkiem katodowym. Mamy obecnie lepsze pomiary, jak wielka jest ta sfera. jej promień wynosi około 2 × 10¹³⁰, tak więc jej sferyczna powierzchnia zawiera musi być większa niż 5 × 10²⁷m.

Taka powierzchnia może pobierać prąd międzygwiezdnych elektronów rzędu 1,6 × 10^-7 razy 5 × 10²⁷m², co daje 8 × 10²⁰ A (20 000 razy więcej, niż potrzeba!). Oczywiście obliczenia te obejmują wiele przybliżonych wielkości, ale są najlepszymi dostępnymi w dniu dzisiejszym (2012).

Obliczenia te pokazują, że bezzasadne są wnioski, jakoby w środowisku Słońca było za mało elektronów, żeby je zasilić. W rzeczywistości, w obliczu nowych danych z NASA, można teraz zredukować zakładany woltaż Słońca do ~10¹⁰ / 16 000 = 0,5 miliona woltów = 500 kV, względnie mało. Na Ziemi istnieją linie transmisyjne, obdarzone większym woltażem^[5].

Obserwacje NASA (patrz #2 powyżej), że wiatr słoneczny zawraca (zaczyna wiać w kierunku Słońca) blisko heliopauzy, jest dalszym potwierdzeniem, że analogia pomiędzy zachowaniem Słońca otoczonego plazmą, a zachowaniem się laboratoryjnego gazu (plazmy) w tubie wyładowaniowej, jest poprawna. W takiej tubie, blisko katody, często obserwuje się warstwę elektronów. Warstwa taka tworzy ujemne pole elektryczne (siła na jednostkę ładunku), przyłożone do nośników ładunku dodatniego (jonów dodatnich w wietrze słonecznym). Heliopauza jest wirtualną katodą dla dla plazmowego wyładowania słonecznego.

Standardowy krytycyzm od krytyków modelu elektrycznego Słońca Juergensa brzmiał gdzie są te wszystkie niezbędne przychodzące relatywistyczne elektrony?. Po pierwsze, one wcale nie muszą być (i nie będą) relatywistyczne. Po drugie, okazuje się, że NASA jest w trakcie ich odnajdowania. Być może teoretycy Elektrycznego Wszechświata powinni wydać oświadczenie prasowe, zatytułowane Ciemne elektrony znalezione przez NASA. Z tego powodu ta krótka publikacja nosi taki właśnie podtytuł.

Pierwsze uzupełnienie (2013)

Il. 1. Magnetyczne spirale (prądy) odkryte przez sondę Ulisses.

1. W obliczeniach ukazanych powyżej jest założenie, że heliopauza zbiera elektrony izotropowo z otaczającej ją plazmy międzygwiezdnej. W świetle danych uzyskanych przez sondę Ulisses (1998-2008) wiadomo teraz, że nad biegunami Słońca istnieje silne pole magnetyczne. Takie spiralne pola nie mogłyby istnieć bez silnych spiralnych prądów elektrycznych. Spirale te wyraźnie stają się węższe (bardziej gęste) w miarę zbliżania się do powierzchni Słońca. Wnioskujemy więc, że biegunowe regiony słońca mogą doświadczać znacznie wyższych gęstości prądu, niż regiony równikowe. Zatem nie tylko nośniki ładunku są dostępne, ale również zaczynamy mieć pojęcie, gdzie i jak się dostają do Słońca.
2. Obliczenia zaprezentowane w pierwszej części tego raportu wskazują, że heliopauza może pobierać nawet 20 000 razy więcej elektronów, niż jest potrzebne do elektrycznego zasilenia Słońca. Logicznym wnioskiem jest, że tylko 1/20 000 elektronów w pobliżu Słońca musi ku niemu dryfować.
3. Plazma posiada tak zwaną częstotliwość plazmową, Nawet po tym, jak elektron zostaje uwolniony z atomu (dając zjonizowaną parę jon-elektron), elektron ma tendencję do oscylowania wokół jonu z określoną częstotliwością. Elektron może swobodnie dryfować od centrum jonu, ale często kontynuuje swój taniec wokół niego, dopóki nie przeskoczy w pobliże innego jonu. Wyobraźmy sobie zbiór 20 000 (zjonizowanych) par jon-elektron w plazmie, w której tylko jeden na raz przeskakuje (dryfuje) ku innemu jonowi. Rozległe może tańczących (w ruchach Browna) elektronów łatwo kamufluje ruch dryfu jednego na 20 000 elektronów. To dlatego krytycy modelu Juergensa mówią często Widzimy tylko równą ilość elektornów i protonów, płynących w wietrze słonecznym. Nie jest to prawda.

Il. 2. Dryf elektornów jest trudny do zobaczenia. Elektron porusza się z prędkością Fermiego, i ma tylko niewielką prędkość dryfu, nałożoną na przyłożone pole elektryczne.

Jeden z krytyków modelu Juergensa powiedział: Występowanie fotosfery w rejonach polarnych Słońca wydaje się takie samo, jak na niższych szerokościach. Czy nie falsyfikuje to pomysłu, że znajduje się tam skoncentrowany biegunowy przepływ ładunków?

Nie, ponieważ zasilający przepływ ładunków jest tylko niewielkim ułamkiem całkowitej populacji jonów i elektronów. To zbyt mało, żeby zmienić charakterystykę plazmy fotosferycznej.

Drugie uaktualnienie (czerwiec 2013)

Analiza Juergensa, przedstawiona wyżej, rozważa Słońce jako rodzaj opornika w obwodzie elektrycznym. Ten prosty model koncentruje się tylko na przepływie elektronów. Pomija fakt, że jony dodatnie również mają swój wkład w efektywny prąd przechodzący przez Słońca. W powszechnych obwodach elektrycznych (w przewodnikach z metalowych kabli) jedynymi nośnikami ładunku są elektrony. Żaden z ładunków dodatnich się nie porusza. Są zablokowane w krysztale, tworzącym stały przewodnik. Ale w plazmie zarówno elektrony, jak i jony dodatnie przenoszą ładunek i mogą się poruszać.

Ładunek elektryczny mierzy się w kulombach, (C). Tempo, w jakim dodatni ładunek elektryczny mija punkt obserwacji, nazywamy prądem elektrycznym. Kierunek ruchu ładunków dodatnich nazywany jest (z definicji) kierunkiem przepływu prądu. Prąd mierzy się w amperach (A), i z reguły oznaczany jest symbolem i, gdzie

$i=\frac{dq}{dt}$

(1)

Wypadkowy przepływ ładunku jest ważny. Ujemne ładunki, płynące w lewo, mają dodatni wkład w prąd i, płynący w prawo. Na przykład, na rys. 3, załóżmy, że co każde pół sekundy w prawo przepływa ładunek 3 C. Jednocześnie co każdą 1/3 sekundy w lewo przesuwa się ładunek -5 C. Wynikowy prąd oblicza się następująco:

$i=\frac{3}{1/2}-\frac{\mathrm{-5}}{1/3}=21A$

(2)

Il. 3. (Góra) Prąd jest tempem, w jakim dodatnie ładunki przekraczają punkt obserwacyjny. (Dół) Prąd złożony jest z obu rodzajów ładunków.

W wyrażeniu (2), powyżej, pierwszy znak minus spowodowany jest przeciwnym kierunkiem drugiego ładunku. Drugi minus oznacza ujemny ładunek.

W plazmie laboratoryjnej często istnieje więcej elektronów niż jonów dodatnich. Dzieje się tak, ponieważ jony dodatnie nie potrafią się przemieszczać przez okablowanie podłączone do anody i katody. Ale wewnątrz samego wyładowania plazmowego musimy uwzględnić wkład obu typów ładunku do całkowitego prądu.

W wyładowaniu laboratoryjnym elektrony pochodzą z katody. Wchodzą w plazmę (z reguły w parach) z okablowania, podłączonego do terminala katodowego. Jeden z tych elektronów jest przyspieszany w kierunku anody, a jeden rekombinuje z jonem dodatnim (tworząc obojętny atom, co redukuje liczbę jonów dodatnich w plazmie o jeden). Drugi elektron nabiera prędkości w miarę oddalania od katody i może zderzyć się z obojętnym atomem gdzieś w środku wyładowania. Przeżywa, a kolizja uwalnia kolejny elektron (z powstaniem kolejnego jonu dodatniego, który zastępuje poprzedni zneutralizowany przy katodzie). Oba elektrony docierają do anody, i okablowaniem przechodzą z powrotem do katody. Jon dodatni jest przyspieszany do katody.

W centrum opisanego tu wyładowania plazmowego, jony dodatnie wędrują od anody ku katodzie. Taka sama liczba elektronów wędruje w przeciwną. Każdy z tych strumieni ma równy wkład w całkowity prąd, mierzony amperomierzem podpiętym szeregowo na zewnątrz tuby wyładowaniowej. Ale w przestrzeni kosmicznej nie ma kabli ani amperomierzy.

Powstaje pytanie: dlaczego Juergens, obliczając prąd w słonecznej plazmie, rozważał tylko elektrony? Wygląda na to, że był tak sfiksowany na punkcie analogii z obwodem elektrycznym, gdzie potrzebne są tylko elektrony. W kosmosie nie ma zakazu dalekich wędrówek dla jonów dodatnich. Nie ma tam znaku jonom dodatnim zakaz wstępu za ten punkt, który jest (w przenośni) stoi przed każdą katodą.

A zatem, jeżeli przyjmiemy, że istnieje tyle samo jonów dodatnich, poruszających się przez i w pobliżu Słońca, co elektronów (pseudo-obojętność), to ilość wymaganych elektronów można obciąć o połowę. Wymagana liczba elektronów do zasilenia Słońca wynosi więc jeden na 40 000 z tych, które Słońce bierze w swoje otoczenie w pobliżu heliopauzy.

Hipoteza elektrycznego Słońca Juergensa zdaje się być w coraz większym stopniu wspierana przez każdy kawałek danych, publikowany przez NASA.

D. E. Scott (czerwiec 2013)

[1] Dostępne na http://www.kronos-press.com/juergens/k0801-electric-i.htm oraz http://www.kronos-press.com/juergens/k0802-electric-ii.htm

[2] Dostępne na: http://www.jpl.nasa.gov/news/news.cfm?release=2011-372

[3] Wilson, R.C. , Journal of Geophysical Research, 83,4003-4007 1978.

[4] Peratt, A. Physics of the Plasma Universe, Springer-Verlag, 1992.

[5] Najwyższy woltaż transmisyjny (AC): 1.15 MV linia Ekibastuz-Kokshetau (Kazahstan)
http://answers.yahoo.com/question/index?qid=20091022010949AAIY7dZ

---

Przetłumaczono z http://electric-cosmos.org/SolarElecFlux2013.pdf