Magnetohüdrodünaamiline turbulents reguleerib paljudes astrofüüsikalistes süsteemides, sealhulgas päikeseatmosfääris, energia ülekannet suurtest mastaapidest väikestesse. Üle poole sajandi on laialdaselt aktsepteeritud, et turbulentsetes plasmades, näiteks Päikese atmosfääris, on energiakaskaadi kontrolli all MHD-lainete vastastikmõju.
Uues uuringus kinnitasid USA energeetikaministeeriumi (DOE) teadlased Princetoni plasmafüüsika labor (PPPL) avastas varem peidetud kütteprotsessi, mis aitab selgitada, kuidas "päikesekoroon" võib olla palju kuumem kui päikese pind mis seda kiirgab.
Kasutades 200 miljonit tundi arvutiaega kõigi aegade suurimaks sedalaadi simulatsiooniks, võivad teadlased protsessi paljastada. Nende otsene numbriline simulatsioon on esimene, mis tuvastab selle küttemehhanismi 3D-ruumis.
Chuanfei Dong, PPPL-i ja Princetoni ülikooli füüsik, ütles: "Praegused teleskoobid ja kosmoseaparaadid ei pruugi olla piisavalt kõrged, et tuvastada väikestes mastaapides toimuvat protsessi."
Magnetilise taasühendamisena tuntud protsess, mis lõhestab ja taasühendab vägivaldselt plasma magnetvälju – elektronide ja aatomituumade suppi, mis moodustab päikese atmosfääri – on salajane koostisosa. Seda näitas Dongi modelleerimine, kui kiiresti magnetväli liinid ühendati uuesti, muutes suuremahulise kaootilise energia väikesemahuliseks siseenergiaks. Tänu sellele turbulentse energia tõhusale muundamisele väikestes mastaapides soojusenergiaks kroon soojendatakse tõhusalt.
Dong ütles: “Mõtle, kas panna koort kohvi sisse. Kreemitilkadest saavad peagi pöörised ja sihvakad lokid. Samamoodi moodustavad magnetväljad õhukesi elektrivoolu lehti, mis magnetilise taasühendamise tõttu purunevad. See protsess hõlbustab energiakaskaadi suuremahulisest väikesemahuliseks, muutes protsessi tõhusamaks turbulentne päikesekoroon kui varem arvati."
"Kui taasühendamisprotsess on aeglane, samal ajal kui turbulentne kaskaad on kiire, ei saa taasühendamine mõjutada energia ülekannet üle skaala. Kuid kui taasühendamise kiirus muutub piisavalt kiireks, et ületada traditsioonilist kaskaadikiirust, võib taasühendamine kaskaadi tõhusamalt väikeste skaalade suunas liigutada.
"See teeb seda magnetvälja joonte purustamise ja uuesti ühendamisega, et luua väikeste keerdjoonte ahelaid, mida nimetatakse plasmoidideks. See muudab arusaama turbulentsest energiakaskaadist, mida on laialdaselt aktsepteeritud juba üle poole sajandi. Uus leid seob energia ülekandekiiruse sellega, kui kiiresti plasmoidid kasvada, suurendades energiaülekannet suurtelt mastaapidelt väikestele ja soojendades tugevalt koroona nende skaalade juures.
Värskeim avastus näitab päikesekroonilaadse magnetilise Reynoldsi numbriga režiimi, mis on enneolematult suur. Tohutu arv iseloomustab turbulentse kaskaadi suurt energiaülekande kiirust. Taasühendamisest juhitud energiaülekanne on seda tõhusam, mida suurem on magnetilise Reynoldsi arv.
Simulatsioon on omataoline, mis on NASA täiustatud superarvuti (NAS) rajatises võtnud üle 200 miljoni arvutiprotsessori.
PPPL-i füüsik Amitava Bhattacharjee, Princetoni astrofüüsikateaduste professor, kes juhendas uurimistööd, ütles, "See arvuline eksperiment on esmakordselt andnud vaieldamatuid tõendeid teoreetiliselt ennustatud mehhanismi kohta varem avastamata turbulentse energiakaskaadi jaoks, mida kontrollib plasmoidide kasv."
"Selle leiu mõju astrofüüsikalistele süsteemidele erinevates skaalades saab uurida praeguste ja tulevaste kosmoselaevade ja teleskoopidega. Energia ülekandeprotsessi lahtipakkimine üle skaala on võtmetähtsusega kosmiliste saladuste lahendamisel ülioluline.
Ajakirja viide:
- Chuanfei Dong jt. Taasühendamisest juhitud energiakaskaad magnetohüdrodünaamilises turbulentsis. Teadus ettemaksed. DOI: 10.1126/sciadv.abn7627
