Vad är roligare än något som inte uppträder? När det gäller soldynamik vet vi mycket, men det finns många saker som vi ännu inte förstår. Till exempel, när en partikelfylld solsignalljus snurrar ut från solen, kan dess magnetfältlinjer göra några ganska oväntade saker - som att dela isär och sedan snabbt ansluta igen. Enligt fluxfrysningssatsen bör dessa magnetiska linjer helt enkelt "flyta bort i låssteg" med partiklarna. De borde vara intakta, men de gör det inte. Det är inte bara en enkel regel som de bryter ... det är en fysiklag.
Vad kan förklara det? I ett papper som publicerades i 23 maj-numret av "Nature", kan ett tvärvetenskapligt forskarlag ledat av en matematisk fysiker från Johns Hopkins bara ha hittat en rimlig förklaring. Enligt gruppen är den underliggande faktorn turbulens - "samma typ av våldsstörning som kan stöta på en passagerarstråle när den inträffar i atmosfären" - eller den som din bror lämnar efter att han har ätit bakade bönor. Genom att använda en välorganiserad och logiskt konstruerad datormodelleringsteknik kunde forskarna simulera vad som händer när magnetfältlinjer möter turbulens i en solfällning. Beväpnad med denna information kunde de sedan säga sitt fall.
"Den flussfrysta teorem förklarar ofta saker vackert," sade Gregory Eyink, en avdelning för tillämpad matematik och statistikprofessor som var huvudförfattare till studien ”Natur”. ”Men i andra fall misslyckas det eländigt. Vi ville ta reda på varför detta misslyckande inträffar. ”
Vad är det flussfrysta teoremet? Du kanske har hört talas om Hannes Alfvén. Han var en svensk elektrisk ingenjör, plasmafysiker och vinnare av Nobelpriset i fysik 1970 för sitt arbete med magnetohydrodynamik (MHD). Han är mannen som ansvarar för att förklara vad vi nu känner som Alfvén-vågor - en lågfrekvent rörlig svängning av jonerna och magnetfältet i plasma. Nåväl för 70 år sedan kom han på tanken att magnetiska kraftlinjer seglar längs en lokomotivvätska som liknar trådstycken som strömmar längs en bäck. Det borde vara omöjligt för dem att gå sönder och sedan gå med igen. Men solfysiker har upptäckt att detta bara inte är fallet när det gäller verksamhet inom en särskilt våldsam solavbränning. I sina observationer har de fastställt att magnetfältlinjerna inom dessa blossar kan sträcka sig till brottpunkten och sedan ansluta igen på en förvånansvärt snabb tid - så lite som 15 minuter. När detta händer, släpper det ut en riklig mängd energi som i sin tur driver kraftfällningen.
"Men den moderna plasmafysikens flödesfrysande princip innebär att denna process i solkorona bör ta en miljon år!" Eyink säger animerat. "Ett stort problem inom astrofysik är att ingen kunde förklara varför flussfrysning fungerar i vissa fall men inte andra."
Naturligtvis har det alltid varit spekulationer om att turbulens kan ha varit rotkällan till det gåtfulla beteendet. Dags för utredning? Det kan du ge dig på. Eyink gick sedan samman - och medvetande - med andra experter inom astrofysik, maskinteknik, datahantering och datavetenskap, baserad på Johns Hopkins och andra institutioner. "Av nödvändighet var detta en mycket samarbetsinsats," sade Eyink. ”Alla bidrog med sin expertis. Ingen person kunde ha åstadkommit detta. ”
Nästa steg var att skapa en datorsimulering - en simulering som skulle kunna duplicera plasmatillståndet för solbrännaktivitet och alla nyanser som de laddade partiklarna genomgår under olika förhållanden. ”Vårt svar var mycket förvånande,” uttalade Eyink. ”Magnetiskt flussfrys fryser inte längre när plasma blir turbulent. De flesta fysiker förväntade sig att flussfrysning skulle spela en ännu större roll när plasma blev mer ledande och mer turbulent, men som faktiskt bryter det helt ned. I en ännu större överraskning fann vi att rörelsen hos magnetfältlinjerna blir helt slumpmässig. Jag menar inte "kaotisk", utan istället lika oförutsägbar som kvantmekanik. Istället för att flyta på ett ordnat, deterministiskt sätt sprids magnetfältlinjerna istället som en rostande rökröda. "
Naturligtvis känner andra solexperter att det kan finnas alternativa svar för denna regelbrytande verksamhet inom solbrännare, men som Eyink säger: "Jag tror att vi gjorde ett ganska övertygande fall att turbulens ensam kan stå för fältlinjebrytning."
Det som är mest spännande är gruppmedlemmarnas samarbete från så många olika discipliner. Det var en gruppansträngning som hjälpte Eyink att komma med denna nya teori om solens flare-gåta. "Vi använde banbrytande nya databasmetoder, liksom de som använts i Sloan Digital Sky Survey, i kombination med högpresterande datortekniker och original matematisk utveckling," sade han. "Arbetet krävde ett perfekt äktenskap mellan fysik, matematik och datavetenskap för att utveckla en grundläggande ny strategi för att utföra forskning med mycket stora datasätt."
Sammanfattningsvis konstaterade Eyink att denna typ av forskningsarbete mycket väl kan ge oss en bättre förståelse för solfällningar och koronalmassautkast. Som vi vet kan denna typ av farligt ”rymdväder” vara skadligt för astronauter, störa kommunikationssatelliter och till och med vara ansvarigt för stängning av elektriska elnät på jorden. Och du vet vad det betyder ... ingen satellit-TV och ingen ström att titta på den. Men det är okej.
”Jag stannar inte ute sent. Bryr inte att gå. Jag är hemma omkring åtta ... Bara jag och min radio. Gör inte fel ... Savin 'min kärlek till dig. "
Original berättelse Källa: Johns Hopkins University News Release.
