معرفی
در طول حملات زودگذر، خورشید گهگاه مقدار عظیمی از انرژی را به فضا پرتاب می کند. این فورانها که شعلههای خورشیدی نامیده میشوند، تنها چند دقیقه طول میکشند و میتوانند خاموشیهای فاجعهبار و شفقهای قطبی خیرهکننده را در زمین ایجاد کنند. اما تئوری های ریاضی پیشرو ما در مورد نحوه عملکرد این شراره ها در پیش بینی قدرت و سرعت آنچه مشاهده می کنیم ناکام هستند.
در قلب این فوران ها مکانیسمی وجود دارد که انرژی مغناطیسی را به انفجارهای قدرتمند نور و ذرات تبدیل می کند. این دگرگونی توسط فرآیندی به نام اتصال مجدد مغناطیسی کاتالیز میشود، که در آن میدانهای مغناطیسی برخوردی شکسته میشوند و فوراً مجدداً همسطح میشوند و مواد را به سمت کیهان میبرند. علاوه بر برق رسانی به شراره های خورشیدی، اتصال مجدد ممکن است انرژی سریع، ذرات پر انرژی پرتاب شده توسط ستاره های در حال انفجار، درخشش جت ها از سیاهچاله های جشن گرفته شده، و باد ثابت دمیده شده توسط خورشید
علیرغم فراگیر بودن این پدیده، دانشمندان برای درک چگونگی کارآمدی آن تلاش کرده اند. آ تئوری اخیر پیشنهاد می کند که وقتی نوبت به حل رازهای اتصال مجدد مغناطیسی می رسد، فیزیک کوچک نقش مهمی ایفا می کند. به طور خاص، توضیح می دهد که چرا برخی از رویدادهای اتصال مجدد بسیار سریع هستند - و چرا به نظر می رسد قوی ترین آنها با سرعت مشخصی رخ می دهند. درک جزئیات میکروفیزیکی اتصال مجدد می تواند به محققان کمک کند تا مدل های بهتری از این فوران های پرانرژی بسازند و کج خلقی های کیهانی را درک کنند.
گفت: "تا اینجا، این بهترین نظریه ای است که می توانم ببینم." هانتائو جی، یک فیزیکدان پلاسما در دانشگاه پرینستون که در این مطالعه شرکت نداشت. "این یک دستاورد بزرگ است."
دست و پا زدن با مایعات
تقریباً تمام مواد شناخته شده در جهان به شکل وجود دارد پلاسما، یک سوپ آتشین از گاز که در آن دمای جهنمی اتم ها را به ذرات باردار تبدیل کرده است. همانطور که به اطراف زیپ می شوند، آن ذرات میدان های مغناطیسی تولید می کنند که سپس حرکت ذرات را هدایت می کند. این فعل و انفعال پر هرج و مرج خطوط میدان مغناطیسی به هم ریختهای را به هم میپیوندد که مانند نوارهای لاستیکی، با کشیده شدن و پیچاندن انرژی بیشتر و بیشتری ذخیره میکنند.
در دهه 1950، دانشمندان توضیحی را برای چگونگی خارج کردن انرژی از دست رفته پلاسما ارائه کردند، فرآیندی که به نام اتصال مجدد مغناطیسی نامیده شد. هنگامی که خطوط میدان مغناطیسی در جهت مخالف با هم برخورد میکنند، میتوانند جدا شوند و به هم متصل شوند و ذرات را مانند یک تیرکمان دو طرفه پرتاب کنند.
اما این ایده بیشتر به یک نقاشی انتزاعی نزدیک بود تا یک مدل کامل ریاضی. دانشمندان میخواستند جزئیات نحوه عملکرد این فرآیند را بفهمند - رویدادهایی که بر روی آن تاثیر میگذارند، دلیل اینکه چرا انرژی زیادی آزاد میشود. اما تداخل آشفته گاز داغ، ذرات باردار و میدان های مغناطیسی رام ریاضی دشوار است.
اول کمی نظریهکه در سال 1957 توسط اخترفیزیکدانان پیتر سوئیت و یوجین پارکر توصیف شد، پلاسما را به عنوان مایعات مغناطیسی در نظر می گیرد. این نشان میدهد که برخورد ذرات با بار مخالف، خطوط میدان مغناطیسی را کشیده و زنجیرهای از رویدادهای اتصال مجدد را به وجود میآورد. تئوری آنها همچنین پیش بینی می کند که این فرآیند با سرعت خاصی اتفاق می افتد. نرخ اتصال مجدد مشاهده شده در پلاسمای نسبتا ضعیف و جعلی آزمایشگاهی با پیش بینی آنها مطابقت دارد، همانطور که نرخ جت های کوچکتر در لایه های پایینی جو خورشید نیز مطابقت دارد.
اما شعله های خورشیدی بسیار سریعتر از آنچه نظریه سوئیت و پارکر می تواند توضیح دهد، انرژی آزاد می کند. بر اساس محاسبات آنها، آن شراره ها باید در طول ماه ها باز شوند تا چند دقیقه.
اخیراً مشاهداتی از ناسا ماهواره های مگنتوسفر این اتصال مجدد سریعتر را شناسایی کرد که حتی نزدیکتر به خانه، در میدان مغناطیسی خود زمین اتفاق میافتد. این مشاهدات، همراه با شواهدی از دههها شبیهسازی رایانهای، این نرخ اتصال مجدد «سریع» را تأیید میکند: در پلاسمای پرانرژیتر، اتصال مجدد تقریباً با 10 درصد سرعت انتشار میدانهای مغناطیسی اتفاق میافتد - مرتبههایی سریعتر از پیشبینیهای نظریه سوئیت و پارکر. .
نرخ اتصال مجدد 10 درصد به قدری جهانی مشاهده می شود که بسیاری از دانشمندان آن را "عدد داده شده خدا" می دانند. آلیسا گالیشنیکوا، محققی در پرینستون. اما توسل به امر الهی توضیح چندانی در توضیح اینکه چه چیزی باعث اتصال مجدد به این سرعت می شود، نمی کند.
عدد خدا
در دهه 1990، فیزیکدانان از تلقی پلاسما به عنوان مایع، که بسیار ساده انگارانه بود، روی گردانیدند. با بزرگنمایی، یک سوپ مغناطیسی واقعاً از ذرات جداگانه تشکیل شده است. و نحوه تعامل آن ذرات با یکدیگر تفاوت اساسی ایجاد می کند.
گفت: "وقتی به مقیاس های کوچک می رسید، توصیف مایع شروع به شکسته شدن می کند." آمیتاوا باتاچارجی، یک فیزیکدان پلاسما در پرینستون. «تصویر [میکروفیزیکی] چیزهایی در خود دارد که تصویر سیال هرگز نمی تواند آنها را ثبت کند.»
در دو دهه گذشته، فیزیکدانان مشکوک بودند که یک پدیده الکترومغناطیسی به نام اثر هال ممکن است راز اتصال مجدد سریع را حفظ کند: الکترونهای با بار منفی و یونهای با بار مثبت جرمهای متفاوتی دارند، بنابراین در امتداد خطوط میدان مغناطیسی با سرعتهای متفاوتی حرکت میکنند. این اختلاف سرعت ولتاژی بین بارهای جدا شده ایجاد می کند.
در سال 2001، باتاچارجی و همکارانش نشان داد تنها مدلهایی که دارای اثر هال هستند، نرخ اتصال مجدد سریع را بهدست میآورند. اما اینکه دقیقاً چگونه آن ولتاژ 10 درصد جادویی را تولید می کند یک راز باقی مانده است. گفت: «چگونه» و «چرا» را به ما نشان نداد یی-هسین لیو، فیزیکدان پلاسما در کالج دارتموث.
معرفی
اکنون، در دو مقاله نظری که اخیراً منتشر شده است، لیو و همکارانش تلاش کرده اند جزئیات را تکمیل کنند.
La مقاله اول، منتشر شده در ارتباطات فیزیک، توضیح می دهد که چگونه ولتاژ یک میدان مغناطیسی را القا می کند که الکترون ها را از مرکز دو ناحیه مغناطیسی در حال برخورد دور می کند. این انحراف خلاء ایجاد می کند که خطوط میدان جدید را می مکد و آنها را در مرکز می فشارد و به تیرکمان آهنی مغناطیسی اجازه می دهد سریعتر شکل بگیرد.
گفت: «آن عکس گم شده بود... [اما] به صورت ما خیره شده بود». جیم دریک، فیزیکدان پلاسما در دانشگاه مریلند. "این اولین استدلال قانع کننده ای است که من تا به حال دیده ام."
در مقاله دوم، منتشر شده در Physical Review Letters بهلیو و دستیار تحقیقاتی او متیو گودبرد توضیح می دهند که چگونه اثر خلاء یکسان در پلاسماهای شدید حاوی مواد مختلف ظاهر می شود. برای مثال، در اطراف سیاهچالهها، پلاسما از الکترونها و پوزیترونهای پرجرم تشکیل شده است، بنابراین اثر هال دیگر اعمال نمیشود. لیو گفت، با این حال، "به طور جادویی، اتصال مجدد همچنان به روشی مشابه کار می کند." محققان پیشنهاد میکنند که در این میدانهای مغناطیسی قویتر، بیشتر انرژی صرف شتاب بخشیدن به ذرات میشود تا گرمایش آنها - دوباره کاهش فشار ایجاد میکند که نرخ 10% الهی را به همراه دارد.
گفت: "این یک نقطه عطف مهم از لحاظ نظری است." لورنزو سیرونی، یک اخترفیزیکدان نظری در دانشگاه کلمبیا که بر روی شبیه سازی کامپیوتری جت های پلاسما با انرژی بالا کار می کند. "این به ما اطمینان می دهد ... آنچه در شبیه سازی های خود می بینیم دیوانه کننده نیست."
چیدن ذرات
دانشمندان نمی توانند تک تک ذرات را در شبیه سازی های پلاسما در مقیاس بزرگ مدل کنند. انجام این کار میلیاردها ترابایت داده تولید می کند و صدها سال طول می کشد تا تکمیل شود، حتی با استفاده از پیشرفته ترین ابررایانه ها. اما محققان اخیراً دریافتهاند که چگونه میتوانند با چنین سیستم سختگیری بهعنوان مجموعهای کوچکتر و قابل کنترلتر از ذرات رفتار کنند.
برای بررسی اهمیت در نظر گرفتن ذرات منفرد، گالیشنیکوا و همکارانش دو شبیهسازی از یک سیاهچاله در حال افزایش را مقایسه کردند - یکی با پلاسما بهعنوان یک سیال همگن رفتار میکرد و دیگری با پرتاب کردن تقریباً یک میلیارد ذره در مخلوط. نتایج آنها، منتشر شده در ماه مارس در Physical Review Letters به، نشان می دهد که ترکیب میکروفیزیک منجر به تصاویر متفاوتی از شعله های یک سیاهچاله، شتاب ذرات و تغییرات در روشنایی می شود.
اکنون، دانشمندان امیدوارند که پیشرفتهای نظری مانند لیو منجر به مدلهایی از اتصال مجدد مغناطیسی شود که طبیعت را با دقت بیشتری منعکس میکند. اما در حالی که هدف نظریه او حل مشکل نرخ اتصال مجدد است، توضیح نمی دهد که چرا برخی از خطوط میدان با هم برخورد می کنند و باعث اتصال مجدد می شوند اما برخی دیگر نه. همچنین توضیح نمی دهد که چگونه انرژی خروجی به فواره ها، گرما و پرتوهای کیهانی تقسیم می شود - یا اینکه چگونه هر یک از اینها در سه بعدی و در مقیاس های بزرگتر کار می کند. با این حال، کار لیو نشان میدهد که چگونه، تحت شرایط مناسب، اتصال مجدد مغناطیسی میتواند به اندازه کافی کارآمد باشد تا فورانهای آسمانی زودگذر اما خشن را به همراه داشته باشد.
دریک گفت: "شما باید به سوال "چرا" پاسخ دهید - این بخش مهمی از حرکت رو به جلو با علم است. "با داشتن این اطمینان که مکانیسم را درک می کنیم، به ما توانایی بسیار بهتری می دهد تا سعی کنیم بفهمیم چه اتفاقی دارد می افتد."
- محتوای مبتنی بر SEO و توزیع روابط عمومی. امروز تقویت شوید.
- PlatoAiStream. Web3 Data Intelligence دانش تقویت شده دسترسی به اینجا.
- ضرب کردن آینده با آدرین اشلی. دسترسی به اینجا.
- خرید و فروش سهام در شرکت های PRE-IPO با PREIPO®. دسترسی به اینجا.
- منبع: https://www.quantamagazine.org/the-tiny-physics-behind-immense-cosmic-eruptions-20230515/
- : دارد
- :است
- :نه
- :جایی که
- ][پ
- $UP
- 2001
- a
- توانایی
- چکیده
- تسریع
- حساب
- به درستی
- موفقیت
- اضافه
- پیشرفته
- پیشرفت
- از نو
- اهداف
- معرفی
- اجازه دادن
- در امتداد
- همچنین
- مقدار
- an
- و
- دیگر
- پاسخ
- هر
- به درستی
- هستند
- استدلال
- دور و بر
- AS
- دستیار
- At
- جو
- تلاش
- دور
- BE
- پشت سر
- بهترین
- بهتر
- میان
- بزرگ
- بیلیون
- میلیاردها
- سیاه پوست
- سیاه چاله
- سیاه چاله ها
- شکستن
- شکستن
- ساختن
- اما
- by
- محاسبات
- نام
- آمد
- CAN
- گرفتن
- مصیبت بار
- مرکز
- زنجیر
- مشخصه
- متهم
- بار
- موقعیت
- نزدیک
- همکاران
- کالج
- برخورد
- COLUMBIA
- می آید
- مقایسه
- کامل
- کامپیوتر
- اعتماد به نفس
- تکرار
- در نظر بگیرید
- با توجه به
- اشعه های کیهانی
- کیهان
- میتوانست
- دیوانه
- ایجاد
- بسیار سخت
- داده ها
- دهه
- توصیف
- شرح داده شده
- شرح
- جزئیات
- DID
- تفاوت
- مختلف
- ابعاد
- تفریح
- do
- میکند
- نمی کند
- عمل
- پایین
- قرعه کشی
- تساوی
- راندن
- هر
- زمین
- اثر
- موثر
- موثر
- الکترون
- ظهور می کند
- انرژی
- کافی
- به همان اندازه
- حتی
- حوادث
- تا کنون
- مدرک
- مثال
- وجود دارد
- توضیح دهید
- توضیح می دهد
- توضیح
- مفرط
- چهره
- FAIL
- بسیار
- FAST
- سریعتر
- رشته
- زمینه
- شکل
- شکل گرفت
- پر کردن
- نام خانوادگی
- مایع
- برای
- فرم
- به جلو
- از جانب
- GAS
- تولید می کنند
- تولید می کند
- دریافت کنید
- داده
- می دهد
- رفتن
- راهنمایی
- بود
- سالن
- اتفاق می افتد
- آیا
- قلب
- کمک
- خود را
- نگه داشتن
- سوراخ
- سوراخ
- صفحه اصلی
- امید
- HOT
- چگونه
- چگونه
- HTML
- HTTP
- HTTPS
- صدها نفر
- i
- اندیشه
- شناسایی
- عظیم
- اهمیت
- in
- مشمول
- گنجاندن
- فرد
- نفوذ
- فورا
- تعامل
- اثر متقابل
- به
- بررسی
- گرفتار
- IT
- جتز
- شناخته شده
- در مقیاس بزرگ
- بزرگتر
- نام
- راه اندازی
- لایه
- رهبری
- برجسته
- منجر می شود
- سبک
- پسندیدن
- خطوط
- کوچک
- دیگر
- کاهش
- ساخته
- مجله
- میدان مغناطیسی
- اتصال مجدد مغناطیسی
- عمده
- ساخت
- باعث می شود
- ساخت
- بسیاری
- مارس
- مریلند
- توده
- عظیم
- مسابقه
- ماده
- ریاضی
- از نظر ریاضی
- ماده
- متی
- ممکن است..
- مکانیزم
- تولید گزارشات تاریخی
- قدرت
- مرحله مهمی از زندگی
- دقیقه
- مدل
- مدل
- ماه
- بیش
- اکثر
- جنبش ها
- متحرک
- بسیار
- راز
- ناسا
- طبیعت
- منفی است
- هرگز
- جدید
- نه
- عدد
- مشاهده کردن
- of
- خاموش
- on
- ONE
- فقط
- مقابل
- or
- سفارشات
- دیگر
- دیگران
- ما
- خارج
- روی
- خود
- نقاشی
- اوراق
- بخش
- ویژه
- گذشته
- از پا افتادن
- پدیده
- پی اچ پی
- فیزیک
- تصویر
- تصاویر
- پلاسما
- افلاطون
- هوش داده افلاطون
- PlatoData
- نقش
- قدرت
- قوی
- برق
- دقیقا
- پیش بینی
- پیش گویی
- پیش بینی می کند
- فشار
- مشکل
- روند
- تولید کردن
- ساخته
- پیشنهادات
- پیشنهاد شده
- پیشنهاد می کند
- منتشر شده
- مجله کوانتاما
- کمی
- سوال
- به سرعت
- نرخ
- نرخ
- نسبتا
- واقعا
- دلیل
- تازه
- اتصال مجدد
- بازتاب
- مناطق
- نسبتا
- آزاد
- باقی مانده است
- تحقیق
- پژوهشگر
- محققان
- این فایل نقد می نویسید:
- راست
- نقش
- تقریبا
- سعید
- همان
- مقیاس ها
- علم
- دانشمندان
- راز
- دیدن
- مشاهده
- به نظر می رسد
- مشاهده گردید
- حس
- تنظیم
- واریز
- باید
- نشان
- نشان می دهد
- مشابه
- کوچکتر
- ضربه محکم و ناگهانی
- So
- خورشیدی
- حل کردن
- برخی از
- فضا
- سرعت
- سرعت
- صرف
- ستاره
- شروع می شود
- هنوز
- opbevare
- استحکام
- قوی
- مهاجرت تحصیلی
- چنین
- حاکی از
- خورشید
- شیرین
- سیستم
- گرفتن
- نسبت به
- که
- La
- شان
- آنها
- سپس
- نظری
- نظریه
- اینها
- آنها
- اشیاء
- این
- کسانی که
- فکر
- سه
- به
- هم
- دگرگونی
- سفر
- درمان
- درمان
- ماشه
- امتحان
- تبدیل
- دو
- زیر
- فهمیدن
- درک
- جهان
- دانشگاه
- us
- با استفاده از
- خلاء
- ولتاژ
- خواسته
- بود
- مسیر..
- we
- وب سایت
- چی
- چه زمانی
- که
- در حین
- WHO
- چرا
- اراده
- با
- در داخل
- مهاجرت کاری
- کارگر
- با این نسخهها کار
- خواهد بود
- سال
- هنوز
- به همراه داشت
- بازده
- شما
- زفیرنت
- زیپ