Co jest bardziej zabawnego niż coś, co źle się zachowuje? Jeśli chodzi o dynamikę słońca, wiemy dużo, ale jest wiele rzeczy, których jeszcze nie rozumiemy. Na przykład, gdy wypełniony cząsteczkami rozbłysk słoneczny wystrzeliwuje ze Słońca, jego linie pola magnetycznego mogą robić całkiem nieoczekiwane rzeczy - takie jak rozdzielenie, a następnie szybkie ponowne połączenie. Zgodnie z twierdzeniem o zamarzaniu strumienia, te linie magnetyczne powinny po prostu „odpływać w krokach blokujących” wraz z cząsteczkami. Powinny pozostać nienaruszone, ale nie robią tego. Łamią nie tylko prostą zasadę… to prawo fizyki.
Co to może wyjaśnić? W artykule opublikowanym w numerze „Nature” z 23 maja interdyscyplinarny zespół badawczy kierowany przez fizyka matematycznego Johnsa Hopkinsa mógł po prostu znaleźć wiarygodne wyjaśnienie. Według grupy czynnikiem leżącym u podstaw są turbulencje - „ten sam rodzaj gwałtownego zaburzenia, które może przepychać odrzutowiec pasażerski, gdy pojawia się w atmosferze” - lub ten, który twój brat zostawia po zjedzeniu fasolki po bretońsku. Dzięki zastosowaniu dobrze zorganizowanej i logicznie skonstruowanej techniki komputerowego modelowania naukowcy byli w stanie symulować to, co dzieje się, gdy linie pola magnetycznego spotykają się z turbulencją w rozbłysku słonecznym. Uzbrojeni w te informacje mogli następnie przedstawić swoją sprawę.
„Twierdzenie o zamrożeniu strumienia często pięknie wyjaśnia rzeczy” - powiedział Gregory Eyink, profesor matematyki stosowanej i statystyki, który był głównym autorem badania „Nature”. „Ale w innych przypadkach zawodzi nieszczęśliwie. Chcieliśmy dowiedzieć się, dlaczego ta awaria występuje. ”
Czym jest twierdzenie o zamrożeniu strumienia? Może słyszałeś o Hannesie Alfvénie. Był szwedzkim inżynierem elektrykiem, fizykiem plazmy i laureatem nagrody Nobla w dziedzinie fizyki z 1970 r. Za pracę nad magnetohydrodynamiką (MHD). Jest człowiekiem odpowiedzialnym za wyjaśnienie tego, co obecnie znamy jako fale Alfvéna - oscylacja wędrowna niskich częstotliwości jonów i pola magnetycznego w plazmie. Cóż, jakieś 70 lat temu, przyszedł mu do głowy myśl, że linie sił magnetycznych płyną wzdłuż płynu lokomotywy podobnego do fragmentów nici przepływających wzdłuż strumienia. Ich załamanie, a następnie ponowne przyłączenie się powinno być niemożliwe. Jednak fizycy słoneczni odkryli, że tak nie jest w przypadku aktywności w szczególnie gwałtownym rozbłysku słonecznym. W swoich obserwacjach ustalili, że linie pola magnetycznego w tych rozbłyskach mogą rozciągać się do punktu przerwania, a następnie łączyć się w zaskakująco krótkim czasie - zaledwie 15 minut. Kiedy tak się dzieje, wydobywa to dużą ilość energii, która z kolei napędza płomień.
„Ale zasada zamrażania strumienia we współczesnej fizyce plazmy oznacza, że ten proces w koronie słonecznej powinien zająć milion lat!” Eyink z ożywieniem stwierdza. „Dużym problemem w astrofizyce jest to, że nikt nie jest w stanie wyjaśnić, dlaczego zamrażanie topnika działa w niektórych przypadkach, ale w innych nie”.
Oczywiście zawsze pojawiały się spekulacje, że turbulencje mogły być źródłem enigmatycznego zachowania. Czas na śledztwo? Ty stawiasz Eyink połączył siły - i umysły - z innymi ekspertami w dziedzinie astrofizyki, inżynierii mechanicznej, zarządzania danymi i informatyki, z siedzibą w Johns Hopkins i innych instytucjach. „Z konieczności był to bardzo wspólny wysiłek” - powiedział Eyink. „Wszyscy wnieśli swój wkład. Nikt nie byłby w stanie tego osiągnąć. ”
Następnym krokiem było stworzenie symulacji komputerowej - symulacji, która mogłaby powielić stan plazmy aktywności rozbłysku słonecznego i wszystkich niuansów, którym podlegają naładowane cząstki w różnych warunkach. „Nasza odpowiedź była bardzo zaskakująca” - stwierdził Eyink. „Zamrażanie strumienia magnetycznego nie jest już prawdą, gdy plazma staje się turbulentna. Większość fizyków spodziewała się, że zamrożenie strumienia odegra jeszcze większą rolę, ponieważ plazma stała się bardziej przewodząca i bardziej burzliwa, ale w rzeczywistości całkowicie się rozpada. Jeszcze większym zaskoczeniem okazało się, że ruch linii pola magnetycznego staje się całkowicie losowy. Nie mam na myśli „chaotycznego”, ale zamiast tego tak nieprzewidywalnego jak mechanika kwantowa. Zamiast płynąć w uporządkowany, deterministyczny sposób, linie pola magnetycznego rozprzestrzeniają się jak kłęby dymu. ”
Oczywiście inni eksperci od energii słonecznej sądzą, że mogą istnieć alternatywne odpowiedzi na tę łamającą zasady działalność w rozbłyskach słonecznych, ale jak mówi Eyink: „Myślę, że zrobiliśmy dość przekonujący przypadek, że sama turbulencja może tłumaczyć łamanie linii pola”.
Najbardziej ekscytujący jest wspólny wysiłek członków zespołu z tak różnorodnych dyscyplin. Był to wysiłek grupowy, który pomógł Eyinkowi wymyślić nową teorię dotyczącą zagadki rozbłysku słonecznego. „Zastosowaliśmy przełomowe nowe metody baz danych, takie jak te zastosowane w Sloan Digital Sky Survey, w połączeniu z wysokowydajnymi technikami obliczeniowymi i oryginalnymi rozwiązaniami matematycznymi” - powiedział. „Praca wymagała idealnego połączenia fizyki, matematyki i informatyki, aby opracować całkowicie nowe podejście do prowadzenia badań z bardzo dużymi zbiorami danych”.
Podsumowując, Eyink zauważył, że tego rodzaju prace badawcze mogą bardzo dobrze pomóc nam lepiej zrozumieć rozbłyski słoneczne i wyrzuty masy koronalnej. Jak wiemy, ten rodzaj niebezpiecznej „pogody kosmicznej” może być szkodliwy dla astronautów, zakłócać satelity komunikacyjne, a nawet być odpowiedzialny za zamykanie sieci elektrycznych na Ziemi. I wiesz, co to oznacza… brak telewizji satelitarnej i brak mocy do oglądania. Ale jest dobrze.
„Nie zostaję spóźniony. Nie przejmuj się. Jestem w domu około ósmej… Tylko ja i moje radio. To nie jest niewłaściwe zachowanie. Savin kocha cię ”.
Oryginalna historia Źródło: Johns Hopkins University News Release.
