Что может быть веселее, чем что-то плохое? Когда речь идет о солнечной динамике, мы знаем много, но есть много вещей, которые мы еще не понимаем. Например, когда солнечная вспышка, наполненная частицами, вылетает с Солнца, ее линии магнитного поля могут сделать довольно неожиданные вещи - например, разделиться, а затем быстро воссоединиться. Согласно теореме о замораживании магнитного потока, эти магнитные линии должны просто «уйти в стопку» с частицами. Они должны оставаться нетронутыми, но они этого не делают. Они нарушают не просто правило, а закон физики.
Чем это можно объяснить? В статье, опубликованной в номере журнала «Природа» от 23 мая, междисциплинарная исследовательская группа под руководством математика-физика Джона Хопкинса, возможно, только что нашла правдоподобное объяснение. По мнению группы, основным фактором является турбулентность - «то же самое насильственное расстройство, которое может толкать пассажирский самолет, когда это происходит в атмосфере» - или то, что ваш брат оставляет после того, как он съел запеченные бобы. Используя хорошо организованную и логически построенную технику компьютерного моделирования, исследователи смогли смоделировать то, что происходит, когда линии магнитного поля сталкиваются с турбулентностью в солнечной вспышке. Вооружившись этой информацией, они смогли изложить свое дело.
«Теорема о замораживании потока часто объясняет все прекрасно», - сказал Грегори Эйнк, профессор кафедры прикладной математики и статистики, который был ведущим автором исследования «Природа». «Но в других случаях это терпит неудачу. Мы хотели выяснить, почему происходит этот сбой ».
Что такое теорема о замораживании потока? Может быть, вы слышали о Ханнесе Альфвене. Он был шведским инженером-электриком, физиком плазмы и лауреатом Нобелевской премии по физике 1970 года за работу по магнитной гидродинамике (МГД). Он человек, ответственный за объяснение того, что мы теперь знаем как альфвеновские волны - низкочастотное бегущее колебание ионов и магнитное поле в плазме. Ну, около 70 лет назад он пришел к мысли, что магнитные силовые линии плывут вдоль локомотивной жидкости, похожей на обрывки нитей, протекающих вдоль потока. Для них должно быть невозможным сломаться, а затем присоединиться снова. Тем не менее, физики Солнца обнаружили, что это не тот случай, когда речь идет об активности в особенно сильной солнечной вспышке. В своих наблюдениях они определили, что линии магнитного поля внутри этих вспышек могут простираться до точки разрыва, а затем повторно соединиться в удивительно быстрое время - всего 15 минут. Когда это происходит, он изгоняет большое количество энергии, которая, в свою очередь, приводит в действие вспышку.
«Но принцип замораживания потока современной физики плазмы подразумевает, что этот процесс в солнечной короне должен занять миллион лет!» Эйкин оживленно заявляет. «Большая проблема в астрофизике заключается в том, что никто не может объяснить, почему в некоторых случаях работает замораживание флюса, а в других нет».
Конечно, всегда были предположения, что турбулентность, возможно, была коренным источником загадочного поведения. Время для расследования? Вы ставите. Затем Эйнк объединил усилия - и умы - с другими экспертами в области астрофизики, машиностроения, управления данными и информатики, базирующимися в Johns Hopkins и других учреждениях. «По необходимости это были совместные усилия», - сказал Эйнк. «Все делятся своим опытом. Никто не смог бы этого достичь ».
Следующим шагом было создание компьютерной симуляции - симуляции, которая могла бы дублировать плазменное состояние активности солнечной вспышки и все нюансы, которым подвергаются заряженные частицы в различных условиях. «Наш ответ был очень удивительным», - заявил Эйнк. «Магнитное замораживание потока больше не действует, когда плазма становится турбулентной. Большинство физиков ожидали, что замораживание потока сыграет еще большую роль, поскольку плазма станет более проводящей и турбулентной, но на самом деле она полностью разрушается. Еще более удивительно, что мы обнаружили, что движение линий магнитного поля становится совершенно случайным. Я не имею в виду «хаотичный», но вместо этого такой же непредсказуемый, как квантовая механика. Вместо того, чтобы течь упорядоченным, детерминированным образом, линии магнитного поля вместо этого растекаются, словно клубы дыма ».
Конечно, другие эксперты в области солнечной энергетики считают, что могут быть альтернативные ответы на эту нарушающую правила деятельность в рамках солнечных вспышек, но, как говорит Эйнк, «я думаю, что мы сделали довольно убедительный случай, что только турбулентность может объяснить нарушение линий поля».
Что является наиболее захватывающим, так это совместные усилия членов команды из таких разных дисциплин. Это была групповая работа, которая помогла Эйнку придумать эту новую теорию о загадке солнечной вспышки. «Мы использовали новейшие методы работы с базами данных, подобные тем, которые использовались в Sloan Digital Sky Survey, в сочетании с высокопроизводительными вычислительными методами и оригинальными математическими разработками», - сказал он. «Работа требовала идеального сочетания физики, математики и информатики для разработки принципиально нового подхода к проведению исследований с очень большими наборами данных».
В заключение Эйнк отметил, что этот тип исследовательской работы вполне может дать нам лучшее понимание солнечных вспышек и выбросов корональной массы. Как мы знаем, этот тип опасной «космической погоды» может быть вредным для космонавтов, нарушать работу спутников связи и даже отвечать за отключение электрических сетей на Земле. И вы знаете, что это значит ... нет спутникового телевидения и нет возможности смотреть его. Но это нормально.
«Я не задерживаюсь допоздна. Мне все равно, идти. Я дома около восьми ... Только я и мое радио. Не плохо себя веду. Савин, моя любовь к тебе.
Оригинальная история Источник: пресс-релиз университета Джона Хопкинса.
