Sissejuhatus
Põgusate hoogude ajal paiskab päike aeg-ajalt kosmosesse kolossaalsel hulgal energiat. Need pursked, mida nimetatakse päikesepõletusteks, kestavad vaid minuteid ning võivad põhjustada Maal katastroofilisi elektrikatkestusi ja pimestavaid aurorasid. Kuid meie juhtivad matemaatilised teooriad selle kohta, kuidas need rakud töötavad, ei suuda ennustada vaadeldava tugevust ja kiirust.
Nende puhangute keskmes on mehhanism, mis muudab magnetenergia võimsateks valgus- ja osakesteks. Seda transformatsiooni katalüüsib protsess, mida nimetatakse magnetiliseks taasühendamiseks, mille käigus põrkuvad magnetväljad purunevad ja viivad materjali koheselt kosmosesse ümber. Lisaks päikesekiirte toitele võib taasühendamine toita kiireid, kõrge energiaga osakesed plahvatavate tähtede poolt välja paisatud, kuma mustade aukude pidutsemisest pärit joadJa pidev tuul päikese poolt puhutud.
Vaatamata nähtuse üldlevinud levikule on teadlased näinud vaeva, et mõista, kuidas see nii tõhusalt toimib. A hiljutine teooria teeb ettepaneku, et magnetilise taasühendamise saladuste lahendamisel mängib väike füüsika suurt rolli. Eelkõige selgitab see, miks mõned taasühendamissündmused on nii jahmatavalt kiired – ja miks kõige tugevam näib toimuvat iseloomuliku kiirusega. Taasühendamise mikrofüüsikaliste üksikasjade mõistmine võib aidata teadlastel luua paremaid mudeleid nende energeetiliste pursete kohta ja mõista kosmilisi jonnihooge.
"Siiani on see parim teooria, mida ma näen," ütles Hantao Ji, Princetoni ülikooli plasmafüüsik, kes ei osalenud uuringus. "See on suur saavutus."
Vedelikega askeldamine
Peaaegu kogu universumis teadaolev aine eksisteerib kujul plasma, tuline gaasisupp, kus põrgulik temperatuur on aatomid laetud osakesteks eraldanud. Ringi keerates tekitavad need osakesed magnetvälju, mis seejärel suunavad osakeste liikumist. See kaootiline interaktsioon loob segase segaduse magnetvälja joonidest, mis nagu kummiribad salvestavad venitades ja keerdudes üha rohkem energiat.
1950. aastatel pakkusid teadlased välja selgituse, kuidas plasmad väljutavad oma kinnijäänud energiat – protsessi, mida hakati nimetama magnetiliseks taasühendamiseks. Kui vastassuundades olevad magnetvälja jõujooned põrkuvad, võivad need klõpsata ja ristühenduda, paiskades õhku osakesed nagu kahepoolne kada.
Kuid see idee oli lähemal abstraktsele maalile kui täielikule matemaatilisele mudelile. Teadlased tahtsid mõista protsessi toimimise üksikasju - sündmusi, mis mõjutavad klõpsamist, põhjust, miks nii palju energiat vallandatakse. Kuid kuuma gaasi, laetud osakeste ja magnetväljade segast koosmõju on matemaatiliselt keeruline taltsutada.
Esimene kvantitatiivne teooria, mida kirjeldasid 1957. aastal astrofüüsikud Peter Sweet ja Eugene Parker, käsitleb plasmat magnetiseeritud vedelikena. See viitab sellele, et vastupidiselt laetud osakeste kokkupõrked tõmbavad magnetvälja jooni ja käivitavad taasühendamise sündmuste ahela. Nende teooria ennustab ka, et see protsess toimub teatud kiirusega. Suhteliselt nõrkades, laboris sepistatud plasmades täheldatud taasühendumiskiirused vastavad nende prognoosile, nagu ka väiksemate jugade kiirus päikeseatmosfääri alumistes kihtides.
Kuid päikesepursked vabastavad energiat palju kiiremini, kui Sweeti ja Parkeri teooria suudab arvestada. Nende arvutuste kohaselt peaksid need rakud ilmnema kuude, mitte minutite jooksul.
Hiljuti NASA tähelepanekud magnetosfääri satelliidid tuvastas selle kiirema taasühendamise, mis toimub veelgi kodule lähemal, Maa enda magnetväljas. Need tähelepanekud koos aastakümnete pikkuste arvutisimulatsioonide tõenditega kinnitavad seda "kiire" taasühendamise kiirust: energilisemate plasmade puhul toimub taasühendamine ligikaudu 10% magnetvälja levimiskiirusest – suurusjärku kiiremini, kui Sweet'i ja Parkeri teooria ennustab. .
10% taasühendamise määra täheldatakse nii universaalselt, et paljud teadlased peavad seda "Jumala antud arvuks", ütles. Alisa Gališnikova, Princetoni teadlane. Kuid jumalikule kutsumine ei selgita vähe, mis muudab ühenduse taastamise nii kiireks.
Jumala number
1990. aastatel loobusid füüsikud plasmade käsitlemisest vedelikena, mis oli osutunud liiga lihtsaks. Sisse suumides koosneb magnetiseeritud supp tõesti üksikutest osakestest. Ja kuidas need osakesed üksteisega suhtlevad, on oluline erinevus.
"Kui jõuate mikroskaalade juurde, hakkab vedeliku kirjeldus lagunema," ütles Amitava Bhattacharjee, Princetoni plasmafüüsik. "[Mikrofüüsikalises] pildis on asju, mida voolav pilt ei suuda kunagi tabada."
Viimase kahe aastakümne jooksul on füüsikud kahtlustanud, et Halli efektina tuntud elektromagnetiline nähtus võib peita kiire taasühendamise saladust: negatiivselt laetud elektronidel ja positiivselt laetud ioonidel on erinev mass, mistõttu nad liiguvad mööda magnetvälja jooni erineva kiirusega. See kiiruse erinevus tekitab eraldatud laengute vahel pinge.
2001. aastal Bhattacharjee ja tema kolleegid näitas et ainult mudelid, mis sisaldasid Halli efekti, andsid sobiva kiire taasühendamise kiiruse. Kuid täpselt, kuidas see pinge andis maagilise 10%, jäi saladuseks. "See ei näidanud meile, kuidas" ja "miks"," ütles Yi-Hsin Liu, plasmafüüsik Dartmouthi kolledžis.
Sissejuhatus
Nüüd on Liu ja kolleegid kahes hiljuti avaldatud teoreetilises artiklis püüdnud üksikasju täita.
. esimene paber, avaldatud Sidefüüsika, kirjeldab, kuidas pinge indutseerib magnetvälja, mis tõmbab elektronid kahe põrkuva magnetpiirkonna keskpunktist eemale. See kõrvalekaldumine tekitab vaakumi, mis imeb endasse uued jõujooned ja pigistab need keskele, võimaldades magnetilisel kada kiiremini moodustuda.
"See pilt jäi kahe silma vahele... [aga] see vaatas meile näkku," ütles Jim Drake, Marylandi ülikooli plasmafüüsik. "See on esimene veenev argument, mida ma kunagi näinud olen."
aasta teine paber, avaldatud Physical Review LettersLiu ja tema bakalaureuseõppe assistent Matthew Goodbred kirjeldavad, kuidas eri koostisosi sisaldavates ekstreemsetes plasmades ilmneb sama vaakumefekt. Näiteks mustade aukude ümber arvatakse, et plasmad koosnevad elektronidest ja sama massiivsetest positronitest, mistõttu Halli efekt enam ei kehti. Kuid "maagiliselt töötab taasühendamine endiselt sarnaselt," ütles Liu. Teadlased teevad ettepaneku, et nendes tugevamates magnetväljades kulutatakse suurem osa energiast pigem osakeste kiirendamisele kui nende soojendamisele – taas tekitades rõhu ammendumise, mis annab jumaliku 10% kiiruse.
"See on teoreetiliselt oluline verstapost," ütles Lorenzo Sironi, teoreetiline astrofüüsik Columbia ülikoolist, kes töötab suure energiaga plasmajugade arvutisimulatsioonide kallal. "See annab meile kindlustunde ... et see, mida me oma simulatsioonides näeme, pole hull."
Osakeste korjamine
Teadlased ei saa modelleerida iga üksikut osakest suuremahuliste plasmasimulatsioonidega. Seda tehes toodaks miljardeid terabaite andmeid ja kuluks sadu aastaid, isegi kõige arenenumaid superarvuteid kasutades. Kuid teadlased leidsid hiljuti, kuidas käsitleda sellist kohmakat süsteemi kui väiksemat ja paremini juhitavat osakeste kogumit.
Üksikute osakeste arvestamise olulisuse uurimiseks võrdlesid Gališnikova ja kolleegid kahte akumuleeruva musta augu simulatsiooni – üks käsitles plasmat homogeense vedelikuna ja teine viskab segusse ligikaudu miljard osakest. Nende tulemused, avaldati märtsis aastal Physical Review Letters, näitavad, et mikrofüüsika kaasamine toob kaasa selgelt erinevad pildid musta augu sähvatustest, osakeste kiirendustest ja heleduse kõikumisest.
Nüüd loodavad teadlased, et teoreetilised edusammud, nagu Liu oma, viivad magnetilise taasühendamise mudeliteni, mis kajastavad täpsemalt loodust. Kuid kuigi tema teooria eesmärk on lahendada taasühendamiskiiruse probleem, ei selgita see, miks mõned väljajooned põrkuvad ja käivitavad taasühendamise, kuid mitte teised. Samuti ei kirjelda see seda, kuidas väljavoolav energia jaguneb jugadeks, soojuseks ja kosmilisteks kiirteks – ega seda, kuidas see toimib kolmes mõõtmes ja suuremates mastaapides. Siiski näitab Liu töö, kuidas õigetes tingimustes võib magnetiline taasühendamine olla piisavalt tõhus, et juhtida lühiajalisi, kuid vägivaldseid taevapuhanguid.
"Te peate vastama küsimusele "miks" - see on teaduse edasiliikumise oluline osa, " ütles Drake. "Usaldus, et mõistame mehhanismi, annab meile palju parema võimaluse proovida aru saada, mis toimub."
- SEO-põhise sisu ja PR-levi. Võimenduge juba täna.
- PlatoAiStream. Web3 andmete luure. Täiustatud teadmised. Juurdepääs siia.
- Tuleviku rahapaja Adryenn Ashley. Juurdepääs siia.
- Ostke ja müüge IPO-eelsete ettevõtete aktsiaid koos PREIPO®-ga. Juurdepääs siia.
- Allikas: https://www.quantamagazine.org/the-tiny-physics-behind-immense-cosmic-eruptions-20230515/
- :on
- :on
- :mitte
- : kus
- ][lk
- $ UP
- 2001
- a
- võime
- ABSTRACT
- kiirendades
- konto
- täpselt
- saavutus
- lisamine
- edasijõudnud
- ettemaksed
- jälle
- Eesmärgid
- Materjal: BPA ja flataatide vaba plastik
- Lubades
- mööda
- Ka
- summa
- an
- ja
- Teine
- vastus
- mistahes
- asjakohaselt
- OLEME
- argument
- ümber
- AS
- assistent
- At
- Atmosfäär
- üritasin
- ära
- BE
- taga
- BEST
- Parem
- vahel
- Suur
- Miljard
- miljardeid
- Must
- Must auk
- mustad augud
- Murdma
- Purustamine
- ehitama
- kuid
- by
- arvutused
- kutsutud
- tuli
- CAN
- lüüa
- katastroofiline
- keskus
- kett
- iseloomulik
- laetud
- koormuste
- asjaolusid
- lähemale
- kolleegidega
- kolledž
- Põrkuvad
- COLUMBIA
- tuleb
- võrreldes
- täitma
- arvuti
- usaldus
- Kinnitama
- Arvestama
- arvestades
- Kosmilised kiired
- Cosmos
- võiks
- hull
- loomine
- otsustav
- andmed
- aastakümnete
- kirjeldama
- kirjeldatud
- kirjeldus
- detailid
- DID
- erinevus
- erinev
- mõõdud
- Meelelahutus
- do
- ei
- Ei tee
- teeme
- alla
- juhtida
- juhib
- ajam
- iga
- maa
- mõju
- tõhus
- tõhusalt
- elektronid
- tekib
- energia
- piisavalt
- Võrdselt
- Isegi
- sündmused
- KUNAGI
- tõend
- näide
- olemas
- Selgitama
- Selgitab
- selgitus
- äärmuslik
- nägu
- FAIL
- kaugele
- KIIRE
- kiiremini
- väli
- Valdkonnad
- Joonis
- arvasin
- täitma
- esimene
- vedelik
- eest
- vorm
- edasi
- Alates
- GAS
- tekitama
- genereerib
- saama
- antud
- annab
- läheb
- suunata
- olnud
- Saal
- Juhtub
- Olema
- süda
- aitama
- tema
- hoidma
- Auk
- Augud
- Avaleht
- lootus
- KUUM
- Kuidas
- Kuidas
- HTML
- http
- HTTPS
- sajad
- i
- idee
- tuvastatud
- tohutu
- tähtsus
- in
- lisatud
- kaasates
- eraldi
- mõju
- otsekohe
- suhelda
- suhtlemist
- sisse
- uurima
- seotud
- IT
- Jets
- teatud
- suuremahuline
- suurem
- viimane
- käivitamine
- kihid
- viima
- juhtivate
- Leads
- valgus
- nagu
- liinid
- vähe
- enam
- vähendada
- tehtud
- ajakiri
- Magnetväli
- magnetiline taasühendamine
- peamine
- tegema
- TEEB
- Tegemine
- palju
- Märts
- Maryland
- massid
- suur
- Vastama
- materjal
- matemaatiline
- matemaatiliselt
- küsimus
- Matthew
- mai..
- mehhanism
- pelk
- võib
- teetähis
- protokoll
- mudel
- mudelid
- kuu
- rohkem
- kõige
- liikumised
- liikuv
- palju
- Mõistatus
- Nasa
- loodus
- negatiivselt
- mitte kunagi
- Uus
- ei
- number
- jälgima
- of
- maha
- on
- ONE
- ainult
- vastupidine
- or
- tellimuste
- Muu
- teised
- meie
- välja
- üle
- enda
- maali
- dokumendid
- osa
- eriline
- minevik
- Peter
- nähtus
- PHP
- Füüsika
- pilt
- Pildid
- Plasma
- Platon
- Platoni andmete intelligentsus
- PlatoData
- mängib
- võim
- võimas
- Toide
- täpselt
- ennustada
- ennustus
- Ennustab
- surve
- Probleem
- protsess
- tootma
- Toodetud
- esitama
- pakutud
- teeb ettepaneku
- avaldatud
- Kvantamagazin
- kvantitatiivne
- küsimus
- kiiresti
- määr
- Rates
- pigem
- tõesti
- põhjus
- hiljuti
- uuesti ühendamine
- kajastama
- piirkondades
- suhteliselt
- vabastama
- jäi
- teadustöö
- uurija
- Teadlased
- läbi
- õige
- Roll
- ligikaudu
- Ütlesin
- sama
- Kaalud
- teadus
- teadlased
- Saladus
- vaata
- nägemine
- tundub
- nähtud
- tunne
- komplekt
- lahendama
- peaks
- näitama
- Näitused
- sarnane
- väiksem
- Tõmme
- So
- päikese-
- Lahendamine
- mõned
- Ruum
- kiirus
- kiirused
- kasutatud
- Stars
- algab
- Veel
- salvestada
- tugevus
- tugevam
- Uuring
- selline
- Soovitab
- Sun
- magus
- süsteem
- Võtma
- kui
- et
- .
- oma
- Neile
- SIIS
- teoreetiline
- teooria
- Need
- nad
- asjad
- see
- need
- arvasin
- kolm
- et
- liiga
- Transformation
- reisima
- käsitlema
- ravimisel
- vallandada
- püüdma
- Pöördunud
- kaks
- all
- mõistma
- mõistmine
- Universum
- Ülikool
- us
- kasutamine
- vaakum
- Pinge
- tagaotsitav
- oli
- Tee..
- we
- webp
- M
- millal
- mis
- kuigi
- WHO
- miks
- will
- koos
- jooksul
- Töö
- töö
- töötab
- oleks
- aastat
- veel
- andis järele
- saagikus
- sa
- sephyrnet
- Tõmblukk