Co je zábavnější než něco, co se chová špatně? Pokud jde o solární dynamiku, toho víme hodně, ale stále existuje mnoho věcí, kterým ještě nerozumíme. Například, když sluneční paprsek naplněný částicemi vyrazí ze Slunce, její linie magnetického pole mohou dělat některé docela neočekávané věci - jako například rozdělit se a poté se rychle znovu připojit. Podle věty o zamrznutí toku by tyto magnetické linie měly jednoduše „proudit pryč v blokovacím kroku“ s částicemi. Měli by zůstat nedotčeni, ale ne. Není to jen jednoduché pravidlo, které porušují ... je to zákon fyziky.
Co to může vysvětlit? V příspěvku zveřejněném 23. května v časopisu „Nature“ mohl interdisciplinární výzkumný tým vedený matematickým fyzikem Johnsem Hopkinsem najít věrohodné vysvětlení. Podle skupiny je základním faktorem turbulence - „stejný druh násilného nepořádku, který může v atmosféře vrhnout osobní paprsek“ - nebo ten, který váš bratr zanechal poté, co sežral pečené fazole. Použitím dobře organizované a logicky konstruované techniky počítačového modelování dokázali vědci simulovat, co se stane, když se magnetické siločáry setkají s turbulencí ve sluneční erupci. Vyzbrojeni touto informací pak byli schopni uvést svůj případ.
„Věta o zamrznutí toku často vysvětluje věci krásně,“ řekla Gregory Eyink, profesorka aplikované matematiky a statistiky, která byla hlavním autorem studie „Příroda“. "Ale v jiných případech to nešťastně selže." Chtěli jsme přijít na to, proč k tomuto selhání dochází. “
Co je to věta o zamrznutí toku? Možná jste slyšeli o Hannesovi Alfvénovi. Byl švédským elektrotechnikem, fyzikem plazmatu a vítězem Nobelovy ceny za fyziku z roku 1970 za práci na magnetohydrodynamice (MHD). Je to muž zodpovědný za vysvětlení toho, co nyní známe jako vlny Alfvén - nízkofrekvenční pohyblivé oscilace iontů a magnetického pole v plazmě. Asi před 70 lety přišel s myšlenkou, že magnetické linie síly plují podél lokomotivní tekutiny podobné úlomkům nití proudících po proudu. Mělo by být nemožné, aby se rozešli a znovu se připojili. Sluneční fyzici však zjistili, že to tak není, pokud jde o činnost v obzvláště násilné sluneční erupci. Ve svých pozorováních určili, že linie magnetického pole uvnitř těchto světlic se mohou natáhnout k bodu zlomu a pak se znovu připojit v překvapivě rychlém čase - pouhých 15 minut. Když k tomu dojde, vytlačí velké množství energie, která zase pohání světlice.
"Princip zmrazení toku moderní fyziky plazmatu však znamená, že tento proces ve sluneční koroně by měl trvat milion let!" Eyink animovaně říká. "Velkým problémem v astrofyzice je to, že nikdo nedokázal vysvětlit, proč mražení toku funguje v některých případech, ale ne v jiných."
Samozřejmě vždy existovaly spekulace, že turbulence mohly být kořenovým zdrojem záhadného chování. Čas na vyšetřování? To se vsaď. Eyink poté spojil své síly - a mysli - s dalšími odborníky na astrofyziku, strojírenství, správu dat a informatiku se sídlem v Johns Hopkins a dalších institucích. "To bylo nutně velmi úsilí o spolupráci," řekl Eyink. "Každý přispíval svou odborností." Nikdo to nemohl dosáhnout. “
Dalším krokem bylo vytvoření počítačové simulace - simulace, která by mohla duplikovat plazmatický stav aktivity sluneční erupce a všechny nuance, kterým nabité částice procházejí za různých podmínek. "Naše odpověď byla velmi překvapivá," uvedl Eyink. "Zmrazování magnetickým tokem již neplatí, když se plazma stane turbulentní." Většina fyziků očekávala, že zmrazování toků bude hrát ještě větší roli, protože plazma bude stále více vodivá a turbulentnější, ale ve skutečnosti se úplně rozpadne. V ještě větším překvapení jsme zjistili, že pohyb čar magnetického pole se stává zcela náhodným. Nemyslím „chaotické“, ale spíše nepředvídatelné jako kvantová mechanika. Spíše než plynoucí řádně, deterministicky, se linie magnetického pole místo toho rozprostírají jako řinčivý oblak kouře. “
Jiní odborníci na solární energii samozřejmě cítí, že pro tuto činnost porušující pravidla v rámci slunečních erupcí mohou existovat alternativní odpovědi, ale jak říká Eyink, „myslím, že jsme udělali docela přesvědčivý případ, že samotné turbulence mohou být odpovědné za porušení pole.“
Nejzajímavější je společné úsilí členů týmu z tak rozmanitých oborů. Bylo to skupinové úsilí, které Eyinkovi pomohlo přijít s touto novou teorií na hádanku sluneční erupce. "Použili jsme průlomové nové databázové metody, jako jsou ty, které se používají ve Sloan Digital Sky Survey, v kombinaci s vysoce výkonnými výpočetními technikami a původním matematickým vývojem," řekl. "Práce vyžadovala dokonalé manželství fyziky, matematiky a informatiky pro vývoj zásadně nového přístupu k provádění výzkumu s velmi rozsáhlými datovými soubory."
Závěrem Eyink poznamenal, že tento typ výzkumné práce nám může velmi dobře poskytnout lepší pochopení slunečních erupcí a vystřelení koronální hmoty. Jak víme, tento typ nebezpečného „kosmického počasí“ může být škodlivý pro kosmonauty, narušit komunikační satelity a dokonce může být odpovědný za uzavření elektrických energetických sítí na Zemi. A víš, co to znamená ... žádná satelitní televize a žádná síla, aby se na to dívala. Ale to je O.K.
"Nezůstanu pozdě." Nestarej se jít. Jsem doma asi osm ... Jen já a moje rádio. Nemám špatné chování ... Zachraňte moji lásku k tobě. “
Původní zdroj příběhu: Johns Hopkins University News Release.
