Вселенная сегодня


Новости космоса и астрономии



Всемирное координированное время (UTC): Пятница, 20.10.2017, 13:14

Вселенная Сегодня » 2013 » Май » 24 » Турбулентность, солнечные вспышки и магнетизм

24.05.2013
Турбулентность, солнечные вспышки и магнетизм
Автор: Tammy Plotner



Новое исследование, проведенное физиком-математиком в Johns Hopkins фокусируется на "аномальном поведении" магнитных полей в солнечных вспышках. На этой фотографии Solar Dynamics Observatory (SDO) зафиксировала солнечную вспышку класса X1.2, достигшую максимума 15 мая 2013 года. Предоставлено: NASA/SDO.

Что интереснее, чем то, что плохо себя ведет? Когда это относится к солнечной динамике, мы знаем много, но существует много вещей, которые мы еще не понимаем. Например, когда частица, наполняющая солнечную вспышку внезапно выбрасывается из Солнца, ее линии магнитного поля могут делать довольно неожиданные вещи - как разделение и затем быстрое воссоединение. Согласно теореме замораживания потока, эти магнитные линии должны просто "вытекать в жесткой конфигурации" с частицами. Они должны оставаться невредимыми, но они не остаются. Это не всего лишь простое правило, которое они нарушают... это закон физики.

Что может объяснить это? В статье, опубликованной в выпуске журнала Nature 23 мая, междисциплинарная исследовательская команда, возглавляемая математиком-физиком из Johns Hopkins похоже нашла правдоподобное объяснение. Согласно этой группе, лежащий в основе фактор - это турбулентность - "такого же рода насильственный беспорядок, который может толкнуть пассажирский самолет, когда он происходит в атмосфере" - или то, что ваш брат оставляет после того, как поел печеные бобы. Используя хорошо-организованный и логически сконструированный компьютер, моделирующий технику, исследователи смогли смоделировать то, что происходит, когда линии магнитного поля встречаются с турбулентностью в солнечной вспышке. Вооруженные этой информацией, они смогли сформулировать их случай.

"Теорема замерзания потока часто прекрасно объясняет вещи", сообщил Gregory Eyink, профессор из Департамента Прикладной Математики и Статистики, который был ведущим автором исследования в "Nature". "Но в других случаях она терпит неудачу. Мы хотели вычислить, почему это происходит".

Так что такое теорема замерзания потока? Может быть вы слышали о Hannes Alfvén. Он был шведским инженером-электриком, плазма физиком и лауреатом Нобелевской Премии по Физике 1970 года за свою работу по магнитогидродинамике. Он был человеком, ответственным за объяснение того, что мы знаем как Альфвеновские волны - низко-частотные колебания ионов и магнитного поля в плазме. Итак, почти 70 лет назад он пришел к мысли, что магнитные линии силы плывут вдоль жидкости-локомотива, похожей на фрагменты нити, текущей вдоль потока. Это должно быть невозможным для них прерваться и затем снова соединиться.

Тем не менее, солнечные физики обнаружили, что это просто не тот случай, когда он приводится в действие внутри особенно сильной солнечной вспышки. В их наблюдениях, они определили, что линии магнитного поля внутри этих вспышек могут растягиваться момента разрыва, а затем воссоединяться через удивительно быстрое количество времени - около 15 минут. Когда это происходит, выделяется обильное количество энергии, которая, в свою очередь, питает вспышку.

"Но принцип замерзания потока из современной физики плазмы подразумевает, что этот процесс в солнечной короне занимает миллионы лет!" оживленно заявляет Eyink. "Большая проблема в астрофизике в том, что никто не может объяснить, почему замерзание потока работает в некоторых случаях, но не в других".

Конечно, всегда были предположения, что турбулентность могла быть родоначальником таинственного поведения. Eyink затем объединил силы - и умы - с другими экспертами в астрофизике, медицинской инженерии, управлении данными и компьютерной науке, располагавшимися в Johns Hopkins и других институтах. "По необходимости, это были совместные усилия", сообщил Eyink. "Каждый вкладывал свое знание дела. Ни один человек не мог совершить это".

Gregory Eyink, профессор прикладной математики и статистики в Johns Hopkins. Фото от Nat Creamer.

Следующий шаг в том, чтобы создать компьютерное моделирование - моделирование, которое могло бы копировать состояние плазмы из солнечной вспышки и все нюансы, которым подвергаются заряженные частицы в различных условиях. "Наш ответ был очень удивительным", заявил Eyink. "Магнитное замерзание потока больше несправедливо, когда плазма становится турбулентной. Большинство физиков ожидали, что замерзание потока играло бы даже большую роль, когда плазма становилась более проводящей и более турбулентной, но, как неоспоримый факт, она полностью разлагается".

"Еще больший сюрприз, что мы обнаружили, что движение линий магнитного поля становится совершенно случайным. Я не подразумеваю "хаотичным", но таким же непредсказуемым, как и квантовая механика. А не двигаясь упорядоченно, детерминированным способом, линии магнитного поля вместо этого рассыпаются как бурлящий столб дыма".

Конечно, другие солнечные эксперты чувствуют, что могут быть альтернативные ответы для этой активности, нарушающей правила, внутри солнечных вспышек, но как говорит Eyink, "Я думаю, что у нас появились довольно убедительные аргументы, что турбулентность в одиночку может считаться разрывающей линии поля".

Что самое удивительное - это совместные усилия членов команды из таких широко различных дисциплин. Это была командная попытка, которая помогла Eyink прийти к этой новой теории по загадке солнечных вспышек. "Мы использовали новые революционные методы базы данных, как те, что использовали в Sloan Digital Sky Survey, объединенные с высоко-производительными компьютерными техниками и оригинальными математическими разработками", сообщил он. "Работа требовала идеального брака физики, математики и компьютерной науки для разработки фундаментально нового подхода к проведению исследования с огромными наборами данных".

В заключение, Eyink отметил, что этот тип исследовательской работы может предоставить нам лучшее понимание солнечных вспышек и выбросов корональной массы. Как мы знаем, этот тип опасной "космической погоды" может быть вредным для астронавтов, разрушать спутники связи и даже быть ответственным за выключение электрических сетей питания на Земле. И вы знаете, что это значит... никакого спутникового телевидения и электричества вообще. Но все ОК.

Источник: Johns Hopkins University News Release.


Название прочитанной вами статьи "Турбулентность, солнечные вспышки и магнетизм".

Похожие статьи:
Категория: Астрономические открытия | Просмотров: 1151 | Теги: физика, Магнетизм, солнце, солнечные вспышки | Рейтинг: 0.0/0
Читайте также:
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]