دانشمندان دستگاهی ساختهاند که با استفاده از چرخش زمین و میدان مغناطیسی، برق تولید میکند.
فیزیکدانان دانشگاه پرینستون و آزمایشگاه جت پرپالسیون ناسا یک آزمایش میزی را به نمایش گذاشتند که بهنظر میرسد انرژی الکتریکی را مستقیماً از چرخش زمین و میدان مغناطیسی استخراج میکند. این مطالعه که در Physical Review Research منتشر شده است، امکان استفاده از منبع انرژی پیوسته و بدون سوخت را که بهطور واقعی بر پایهٔ چرخش سیاره است، نشان میدهد.
یک افق نوین در استخراج انرژی
در آزمایشگاهی آرام در نیوجرسی، پژوهشگرانی به رهبری کریستوفر اف. چیبا، استاد دیوایت دی. ایزنهاور در امور بینالملل و علوم ستارهای در پرینستون، دستگاهی استوانهای کوچک طراحی کردند که میتواند با استفاده از حرکت طبیعی زمین، ولتاژی قابلاندازهگیری تولید کند. این آزمایش، اگرچه خروجی آن کم است — تنها دهها میکروولت تولید میکند — میتواند درک دانشمندان از تعاملات الکترومغناطیسی در مقیاس سیارهای را بازتعریف کند.
این استوانه، که از فریت منگنز-روی ساخته شده بود، بهدقت برای تعامل با میدان ژئومغناطیسی زمین تنظیم شد. بهمحض چرخش سیاره، این ماده غیرقابلهدایت اما حساس به میدان مغناطیسی، بهنظر میرسید سیگنال الکتریکی پایداری تولید میکند. برای دههها، فیزیکدانان بر این باور بودند که هر تلاشی برای استخراج چنین انرژیای ناموفق خواهد بود، زیرا الکترونها بلافاصله بازآرایی میشوند تا اختلاف پتانسیل را خنثی کنند. اما این تیم یک «حفره» در درک متداول شناسایی کرد — نشان داد که با هندسه و ویژگیهای مواد مناسب، این خنثیسازی شاید کاملاً رخ ندهد.
این بینش مبتنی بر فیزیک نیروی لورنتز است، که در آن بارهای متحرک در یک میدان مغناطیسی تحت تأثیر فشار جهتدار قرار میگیرند. با استفاده از یک پوسته فریت با هادیّت کم، پژوهشگران اجازه دادند که میدانهای مغناطیسی بهصورت نامساوی در داخل ساختار پخش شوند و این امر منجر به تولید ولتاژی کوچک اما ثابت میشود. اگر این اثر قابل گسترش باشد، میتواند مسیرهای کاملاً جدیدی برای تولید انرژی بدون سوختهای سنتی یا نور خورشید باز کند.
آزمایش مرزهای ناممکن
پیکربندی این آزمایش به دقت بالا نیاز داشت. استوانه توخالی به طول یک فوت (حدود ۳۰ سانتیمتر) از شمال به جنوب جهتیافته شد و بهزاویه ۵۷ درجه خم شد — تنظیمی که آن را عمود بر هر دو چرخش سیاره و میدان مغناطیسی در عرض جغرافیایی پرینستون قرار میداد. الکترودهای موجود در هر انتها ولتاژی کمرنگ اما ثابت را ثبت کردند که با چرخاندن دستگاه معکوس میشد، مطابق با پیشبینیهای نظری.
آزمایشهای کنترل نتایج را مستحکمتر کردند. یک استوانه فریت صلب با اندازهٔ مشابه هیچ ولتاژی نشان نداد، در حالی که پیکربندیهای جایگزینی که از انتشار مغناطیسی جلوگیری میکردند نیز بیصدا ماندند. پژوهشگران با دقت تمام اثرات زمینهای مانند اثر سِیِبیک، که میتواند ولتاژهای کاذب از تفاوتهای دمایی ایجاد کند، را حذف کردند. تمام اندازهگیریها در یک اتاق زیرزمینی با شیلد محافظت شده انجام شد تا نویز به حداقل برسد.
چیبا تأکید کرد که نیاز به تأیید مستقل وجود دارد و گفت: «نخستین کاری که باید انجام شود این است که گروهی مستقل نتایج ما را تکرار یا رد کند.» لحن محتاطانه او، ماهیت فوقالعادهٔ این ادعا را برجسته میکند. اگر صحت آن تأیید شود، میتواند به این معنا باشد که هر سیارهٔ چرخان و مغناطیسی در جهان حاوی شکلی از انرژی الکترومغناطیسی است که هنوز استخراج نشده و منتظر بهرهبرداری است.
پلسازی بین فیزیک سیارهای و فناوریهای آینده
دلالتهای این پژوهش فراتر از زمین میروند. چون این آزمایش بر پایهٔ قوانین بنیادی الکترومغناطیس استوار است، مکانیزمهای مشابه ممکن است در سایر محیطهای نجومی — مانند مریخ، مغناطیسسفر مشتری یا حتی ستارگان نوترونی — عمل کنند. این ایده که چرخش طبیعی یک سیاره میتواند بهعنوان منبع انرژی مورد استفاده قرار گیرد، فیزیک، مهندسی و علم سیارهای را بهطرز بیسابقهای به هم پیوند میدهد.
در Physical Review Research، نویسندگان برجسته میکنند که توان اندازهگیریشده — تنها چند ده نانوآمپر جریان — برای استفادهٔ عملی بسیار کوچک است. با این حال، این یک اثبات اصل است که میتواند با مواد جدید یا مقیاسبندی سامانهها، دستگاههای کممصرف مانند حسگرهای خودمختار، ابزارهای فضایی عمیق یا سیستمهای پایش خارج از شبکه که نیازی به منبع انرژی خارجی ندارند، پشتیبانی کند.
منتقدان همچنان صراحتاً ابراز نگرانی میکنند و استدلال مینمایند که انرژی استخراجشده قابل تشخیص از نویز یا اثرات ترموالکتریک نیست. اما تیم پرینستون‑ناسا بر موقعیت خود ثابت قدم میماند و تأکید میکند که نتایجشان با پیشبینیهای ناشی از نظریه الکترومغناطیس همخوانی دارد. اگر تکرار شود، این کشف میتواند اولین شواهد تجربی یک مکانیزم باشد که مدتها فیزیکدانان آن را غیرقابلاجرا میدانستند — تبدیل مستقیم انرژی جنبشی چرخشی سیاره به برق.