Kaj je bolj zabavno kot nekaj, kar se slabo vede? Ko gre za sončno dinamiko, vemo veliko, vendar obstaja veliko stvari, ki jih še ne razumemo. Na primer, ko delci, napolnjeni z delci, strelijo od Sonca, lahko njegove črte magnetnega polja naredijo precej nepričakovane stvari - na primer, da se ločijo in nato hitro povežejo. Po teoremu o zamrzovanju toka bi morale te magnetne črte preprosto "odtekati v zaklepnem koraku" z delci. Morali bi ostati nedotaknjeni, vendar ne. To ni samo preprosto pravilo, ki ga kršijo ... to je zakon fizike.
Kaj lahko razloži? V članku, objavljenem v 23. majski številki revije Nature, je interdisciplinarna raziskovalna skupina pod vodstvom matematičnega fizika Johnsa Hopkinsa morda le našla verjetno razlago. Po mnenju skupine je osnovni dejavnik turbulenca - "enaka nasilna motnja, ki se lahko potrudi potniškega curka, ko se zgodi v atmosferi", ali tista, ki jo tvoj brat zapusti, potem ko je pojedel pečen fižol. Z dobro organizirano in logično izdelano tehniko računalniškega modeliranja so raziskovalci lahko simulirali, kaj se zgodi, ko se magnetno polje sreča s turbulenco v sončnem žarku. Oboroženi s temi informacijami so nato lahko navedli svoj primer.
"Teorem o zamrzovanju toka pogosto lepo razloži stvari," je dejal Gregory Eyink, profesor na oddelku za uporabno matematiko in statistiko, ki je bil glavni avtor študije "Nature". "Toda v drugih primerih ne uspeva. Želeli smo ugotoviti, zakaj prihaja do tega neuspeha. "
Kaj je izrek o zamrzovanju toka? Mogoče ste že slišali za Hannesa Alfvéna. Bil je švedski inženir elektrotehnike, fizik v plazmi in dobitnik Nobelove nagrade za fiziko 1970 za svoje delo na področju magnetohidrodinamike (MHD). Je človek, ki je odgovoren za razlago tega, kar danes poznamo kot Alfvénovi valovi - nizkofrekvenčno potujoče nihanje ionov in magnetno polje v plazmi. No, pred 70 leti se je domislil, da magnetne črte sile plujejo po lokomotivni tekočini, podobni odrezkom niti, ki teče vzdolž potoka. Ne bi smelo, da bi se zlomili in se nato spet pridružili. Vendar so sončni fiziki odkrili, da to ne gre, če gre za delovanje v posebno silovitem sončnem žarku. V svojih opažanjih so ugotovili, da se lahko črte magnetnega polja v teh žarnicah raztezajo do točke preloma in se nato v presenetljivo hitrem času ponovno povežejo - le 15 minut. Ko se to zgodi, izpušča veliko energije, ki vžge vžigalico.
"Toda načelo zamrzovanja toka sodobne fizike plazme pomeni, da bi ta postopek v sončni koroni moral trajati milijon let!" Eyink animirano navaja. "Velika težava astrofizike je, da nihče ne bi mogel razložiti, zakaj zamrzovanje fluksa deluje v nekaterih primerih, pri drugih pa."
Seveda se vedno pojavljajo ugibanja, da so bile turbulence morda glavni izvor zagonetnega vedenja. Čas za preiskavo? Veš da. Eyink je nato združil moči - in druge misli - z drugimi strokovnjaki za astrofiziko, strojništvo, upravljanje podatkov in računalništvo s sedežem pri Johnsu Hopkinsu in drugih institucijah. "To je bilo nujno sodelovanje," je dejal Eyink. »Vsi so prispevali svoje znanje. Nihče tega ni mogel doseči. "
Naslednji korak je bila izdelava računalniške simulacije - simulacije, ki bi lahko podvojila stanje plazme sončne bliskavice in vse nianse, s katerimi se napolnjeni delci podvržejo v različnih pogojih. "Naš odgovor je bil zelo presenetljiv," je dejal Eyink. »Magnetno zamrzovanje ni več resnično, ko plazma postane burna. Večina fizikov je pričakovala, da bo zamrzovanje toka igralo še večjo vlogo, saj je plazma postala bolj vodljiva in bolj burna, vendar se v resnici popolnoma poruši. V še večjem presenečenju smo ugotovili, da gibanje linij magnetnega polja postane povsem naključno. Ne mislim "kaotično", ampak bolj nepredvidljivo kot kvantna mehanika. Črte magnetnega polja se namesto da bi tekle po urejenem, determiniranem načinu, širijo kot vrtoglavi dim. "
Seveda drugi sončni strokovnjaki menijo, da morda obstajajo alternativni odgovori za to dejavnost kršenja pravil v sončnih žarkih, toda kot pravi Eyink: "Mislim, da smo naredili precej prepričljiv primer, da lahko samo turbulenca povzroči prelom polja".
Najbolj navdušuje skupna prizadevanja članov skupine iz tako raznolikih disciplin. Skupinsko prizadevanje je pomagalo Eyinku, da je predstavil to novo teorijo o uganki o sončni bliski. "Uporabili smo nove revolucionarne metode baz podatkov, kot so tiste, ki so bile zaposlene v anketi o digitalnem nebu Sloan, v kombinaciji z visoko zmogljivimi računalniškimi tehnikami in izvirnim matematičnim razvojem," je dejal. "Delo je zahtevalo popolno zakonsko zvezo fizike, matematike in računalništva, da bi razvili bistveno nov pristop k izvajanju raziskav z zelo velikimi množicami podatkov."
Na koncu je Eyink ugotovil, da nam lahko tovrstno raziskovalno delo bolje razume sončne izbruhe in izmetje koronalne mase. Kot vemo, je ta vrsta nevarnega "vesoljskega vremena" lahko škodljiva za astronavte, moti komunikacijske satelite in celo odgovorna za zaustavitev električnih omrežij na Zemlji. In veste, kaj to pomeni ... brez satelitske televizije in brez moči za gledanje. Ampak to je O.K.
"Ne zamujam pozno. Ni mi treba iti. Doma sem okoli osem… Samo jaz in moj radio. Nisem veden. .. Savin 'moja ljubezen do tebe.'
Izvorni vir zgodbe: News News Release University University Johns Hopkins.
