ينظم الاضطراب الهيدروديناميكي المغناطيسي نقل الطاقة من المقاييس الكبيرة إلى المقاييس الصغيرة في العديد من الأنظمة الفيزيائية الفلكية، بما في ذلك الغلاف الجوي الشمسي. لأكثر من نصف قرن، كان من المقبول على نطاق واسع أن سلسلة الطاقة في البلازما المضطربة، مثل الغلاف الجوي للشمس، يتم التحكم فيها عن طريق تفاعلات موجة MHD.
وفي دراسة جديدة، توصل علماء في وزارة الطاقة الأمريكية (DOE) معمل برينستون لفيزياء البلازما (PPPL) كشفت عن عملية تسخين كانت مخفية سابقًا والتي تساعد في تفسير كيف يمكن أن تكون "الهالة الشمسية" أكثر سخونة إلى حد كبير من الشمس. سطح الشمس الذي ينبعث منها.
ومن خلال استخدام 200 مليون ساعة من وقت الكمبيوتر لإجراء أكبر محاكاة من نوعها على الإطلاق، تمكن العلماء من الكشف عن هذه العملية. تعتبر المحاكاة العددية المباشرة هي الأولى التي تحدد آلية التسخين هذه في الفضاء ثلاثي الأبعاد.
وقال تشوانفي دونج، عالم الفيزياء في PPPL وجامعة برينستون: "قد لا تتمتع أدوات التلسكوب والمركبات الفضائية الحالية بدقة عالية كافية لتحديد العملية التي تحدث على نطاقات صغيرة."
إن العملية المعروفة باسم إعادة الاتصال المغناطيسي، والتي تقسم وتعيد توحيد المجالات المغناطيسية في البلازما – حساء الإلكترونات والنوى الذرية التي تشكل الغلاف الجوي الشمسي – هي المكون السري. وقد تم إثبات ذلك من خلال نمذجة دونغ لمدى سرعة المجال المغنطيسي تمت إعادة توصيل الخطوط، وتحويل الطاقة الفوضوية واسعة النطاق إلى طاقة داخلية صغيرة الحجم. وبسبب هذا التحويل الفعال للطاقة المضطربة إلى طاقة حرارية بمقاييس صغيرة، فإن تاج يتم تسخينه بشكل فعال.
وقال دونغ، "فكر في وضع الكريمة في القهوة. سرعان ما تتحول قطرات الكريم إلى تجعيدات وضفائر رفيعة. وبالمثل، تشكل المجالات المغناطيسية صفائح رقيقة من التيار الكهربائي التي تنكسر بسبب إعادة الاتصال المغناطيسي. تعمل هذه العملية على تسهيل سلسلة الطاقة من نطاق واسع إلى نطاق صغير، مما يجعل العملية أكثر كفاءة في الهالة الشمسية المضطربة مما كان يعتقد سابقا."
"عندما تكون عملية إعادة الاتصال بطيئة بينما يكون الشلال المضطرب سريعًا، لا يمكن أن تؤثر عملية إعادة الاتصال على نقل الطاقة عبر المقاييس. ولكن عندما يصبح معدل إعادة الاتصال سريعًا بما يكفي لتجاوز معدل التتالي التقليدي، فإن إعادة الاتصال يمكن أن تحرك التتالي نحو النطاقات الصغيرة بشكل أكثر كفاءة.
"إنها تقوم بذلك عن طريق كسر خطوط المجال المغناطيسي وإعادة ربطها لتوليد سلاسل من الخطوط الملتوية الصغيرة تسمى البلازمويدات. وهذا يغير فهم سلسلة الطاقة المضطربة التي كانت مقبولة على نطاق واسع لأكثر من نصف قرن. ويربط الاكتشاف الجديد معدل نقل الطاقة بمدى سرعة انتقال الطاقة البلازمويدات النمو، مما يعزز نقل الطاقة من المقاييس الكبيرة إلى المقاييس الصغيرة ويسخن الإكليل بقوة في هذه المقاييس.
يُظهر الاكتشاف الأخير نظامًا يحتوي على رقم رينولدز المغناطيسي الذي يشبه الإكليل الشمسي، وهو كبير بشكل غير مسبوق. يميز العدد الضخم معدل نقل الطاقة العالي للشلال المضطرب. يكون نقل الطاقة المعتمد على إعادة الاتصال أكثر فعالية كلما زاد عدد رينولدز المغناطيسي.
تعد هذه المحاكاة فريدة من نوعها حيث استحوذت على أكثر من 200 مليون وحدة معالجة مركزية للكمبيوتر في منشأة ناسا للحوسبة الفائقة المتقدمة (NAS).
عالم الفيزياء PPPL أميتافا بهاتاشارجي، أستاذ علوم الفيزياء الفلكية في جامعة برينستون والذي أشرف على البحث، محمد, "لقد أنتجت هذه التجربة العددية دليلاً لا جدال فيه لأول مرة على آلية متوقعة نظريًا لمجموعة غير مكتشفة سابقًا من سلسلة الطاقة المضطربة التي يتحكم فيها نمو البلازمويدات."
"يمكن استكشاف تأثير هذا الاكتشاف في أنظمة الفيزياء الفلكية عبر مستويات مختلفة باستخدام المركبات الفضائية والتلسكوبات الحالية والمستقبلية. إن تفكيك عملية نقل الطاقة عبر المقاييس سيكون أمرًا بالغ الأهمية لحل الألغاز الكونية الرئيسية.
المرجع مجلة:
- تشوانفي دونغ وآخرون. سلسلة الطاقة المدفوعة بإعادة الاتصال في الاضطراب الهيدروديناميكي المغنطيسي. علم السلف. دوى: 10.1126 / sciadv.abn7627
