מבוא
במהלך התקפים חולפים, השמש מעיפה מדי פעם כמות עצומה של אנרגיה לחלל. התפרצויות אלו, הנקראות התלקחויות סולאריות, נמשכות דקות ספורות, והן עלולות לגרום להפסקות קטסטרופליות ולאורות זוהרות מסנוורות על פני כדור הארץ. אבל התיאוריות המתמטיות המובילות שלנו לגבי אופן פעולת ההתלקחויות האלה לא מצליחות לחזות את העוצמה והמהירות של מה שאנו רואים.
בלב ההתפרצויות הללו נמצא מנגנון הממיר אנרגיה מגנטית לפיצוציות עוצמתיות של אור וחלקיקים. טרנספורמציה זו מזורזת על ידי תהליך הנקרא חיבור מחדש מגנטי, שבו שדות מגנטיים מתנגשים נשברים ומיישרים מחדש באופן מיידי, ומכניסים חומר לתוך הקוסמוס. בנוסף להנעת התלקחויות סולאריות, חיבור מחדש עשוי להניע את המהיר, חלקיקים בעלי אנרגיה גבוהה נפלט על ידי כוכבים מתפוצצים, הזוהר של מטוסים מחורים שחורים, וה רוח מתמדת נשף על ידי השמש.
למרות התופעה בכל מקום, מדענים התקשו להבין כיצד היא פועלת בצורה כה יעילה. א התיאוריה האחרונה מציע שכאשר מדובר בפתרון תעלומות החיבור המגנטי, הפיזיקה הזעירה משחקת תפקיד גדול. במיוחד, זה מסביר מדוע חלק מאירועי החיבור מחדש הם כל כך מהירים להחריד - ומדוע נראה שהחזקים ביותר מתרחשים במהירות אופיינית. הבנת הפרטים המיקרופיזיים של חיבור מחדש יכולה לעזור לחוקרים לבנות מודלים טובים יותר של התפרצויות אנרגטיות אלו ולהבין התקפי זעם קוסמיים.
"עד כה, זו התיאוריה הטובה ביותר שאני יכול לראות," אמר האנטאו ג'י, פיזיקאי פלזמה באוניברסיטת פרינסטון שלא היה מעורב במחקר. "זה הישג גדול".
גישושים עם נוזלים
כמעט כל החומר הידוע ביקום קיים בצורה של פלסמה, מרק לוהט של גז שבו טמפרטורות תופת הפשיטו אטומים לחלקיקים טעונים. כשהם מכווצים, החלקיקים האלה יוצרים שדות מגנטיים, שמנחים את תנועות החלקיקים. האינטראקציה הכאוטית הזו עורכת בלגן מקושקש של קווי שדה מגנטי, שכמו גומיות, אוגרות עוד ועוד אנרגיה כשהם נמתחים ומפותלים.
בשנות ה-1950, מדענים הציעו הסבר לאופן שבו פלזמות פולטות את האנרגיה העצומה שלהן, תהליך שנקרא חיבור מחדש מגנטי. כאשר קווי שדה מגנטי המצביעים בכיוונים מנוגדים מתנגשים, הם יכולים להישבר ולהתחבר, ולשגר חלקיקים כמו קלע דו-צדדי.
אבל הרעיון הזה היה קרוב יותר לציור מופשט מאשר מודל מתמטי שלם. מדענים רצו להבין את הפרטים של אופן פעולת התהליך - האירועים המשפיעים על הצילום, הסיבה לכך שכל כך הרבה אנרגיה משתחררת. אבל קשה לאלף מתמטית את המשחק המבולגן של גז חם, חלקיקים טעונים ושדות מגנטיים.
הכמות הראשונה התאוריה, שתואר ב-1957 על ידי האסטרופיזיקאים פיטר סוויט ויוג'ין פרקר, מתייחס לפלזמות כנוזלים ממוגנטים. זה מצביע על כך שהתנגשויות של חלקיקים בעלי מטען הפוך שואבות קווי שדה מגנטי ויוצאות לדרך שרשרת בורחת של אירועי חיבור מחדש. התיאוריה שלהם גם חוזה שתהליך זה מתרחש בקצב מסוים. שיעורי החיבור מחדש שנצפו בפלזמות חלשות יחסית, מחושלות במעבדה, תואמים את התחזית שלהם, וכך גם שיעורי הסילון הקטנים יותר בשכבות התחתונות של אטמוספירת השמש.
אבל התלקחויות שמש משחררות אנרגיה הרבה יותר מהר ממה שהתיאוריה של סוויט ופארקר יכולה להסביר. לפי החישובים שלהם, ההתלקחויות האלה אמורות להתפשט על פני חודשים ולא דקות.
לאחרונה, תצפיות של נאס"א לוויינים מגנטוספריים זיהה את החיבור המחודש המהיר הזה מתרחש אפילו קרוב יותר לבית, בשדה המגנטי של כדור הארץ עצמו. התצפיות הללו, יחד עם עדויות מעשרות שנים של הדמיות ממוחשבות, מאשרות את קצב החיבור ה"מהיר" הזה: בפלזמות אנרגטיות יותר, חיבור מחדש מתרחש בערך ב-10% מהמהירות שבה שדות מגנטיים מתפשטים - בסדרי גודל מהר יותר מהתאוריה של סוויט ופרקר. .
שיעור החיבור מחדש של 10% נצפה באופן אוניברסלי עד כדי כך שמדענים רבים רואים בו "מספר נתון של אלוהים", אמרו. עליזה גלישניקובה, חוקר בפרינסטון. אבל הפנייה לאלוהי מסבירה מעט מה גורם לחיבור מחדש כל כך מהיר.
מספר אלוהים
בשנות ה-1990, הפיזיקאים התרחקו מלהתייחס לפלזמות כאל נוזלים, מה שהתברר כפשטני מדי. בהתקרבות, מרק ממוגנט באמת מורכב מחלקיקים בודדים. והאופן שבו החלקיקים האלה מתקשרים זה עם זה עושה הבדל מכריע.
"כשאתה מגיע למיקרוסקאלים, תיאור הנוזל מתחיל להתפרק," אמר אמיטהבה בהטצ'רג'י, פיזיקאי פלזמה בפרינסטון. "בתמונה [המיקרופיזית] יש דברים שהתמונה הנוזלית לעולם לא תוכל לתפוס."
בשני העשורים האחרונים, פיסיקאים חשדו שתופעה אלקטרומגנטית המכונה אפקט הול עשויה להחזיק את הסוד לחיבור מהיר: לאלקטרונים בעלי מטען שלילי וליוני טעון חיובי יש מסות שונות, ולכן הם נעים לאורך קווי שדה מגנטי במהירויות שונות. הפרש המהירות הזה יוצר מתח בין המטענים המופרדים.
בשנת 2001, Bhattacharjee ועמיתיו הראה שרק דגמים שכללו את אפקט הול הניבו קצבי חיבור מחדש מהירים בהתאם. אבל איך בדיוק המתח הזה הפיק את ה-10% הקסומים נשאר בגדר תעלומה. "זה לא הראה לנו את ה'איך' וה'למה'", אמר יי-חסין ליו, פיזיקאי פלזמה במכללת דארטמות'.
מבוא
כעת, בשני מאמרים תיאורטיים שפורסמו לאחרונה, ליו ועמיתיו ניסו למלא את הפרטים.
השמיים נייר ראשון, פורסם ב פיזיקת תקשורת, מתאר כיצד המתח משרה שדה מגנטי השואב אלקטרונים ממרכז שני האזורים המגנטיים המתנגשים. ההסטה הזו מייצרת ואקום היונק קווי שדה חדשים וצובט אותם במרכז, מה שמאפשר לקלע המגנטי להיווצר מהר יותר.
"התמונה הזו הוחמצה... [אבל] היא בהתה לנו בפנים", אמר ג'ים דרייק, פיזיקאי פלזמה באוניברסיטת מרילנד. "זהו הטיעון המשכנע הראשון שאי פעם ראיתי."
ב נייר שני, פורסם ב מכתבי סקירה פיזית, ליו ועוזר המחקר שלו לתואר ראשון מתיו גודברד מתארים כיצד אותו אפקט ואקום מופיע בפלזמות קיצוניות המכילות מרכיבים שונים. סביב חורים שחורים, למשל, פלזמות נחשבות מורכבות מאלקטרונים ומפוזיטרון מסיבי באותה מידה, כך שאפקט הול כבר לא חל. עם זאת, "באופן קסם, החיבור מחדש עדיין עובד בצורה דומה", אמר ליו. החוקרים מציעים שבתוך השדות המגנטיים החזקים יותר הללו, רוב האנרגיה מושקעת בהאצת חלקיקים במקום לחמם אותם - שוב יצירת דלדול לחץ שמניב את השיעור האלוהי של 10%.
"זוהי אבן דרך תיאורטית", אמר לורנצו סירוני, אסטרופיזיקאי תיאורטי באוניברסיטת קולומביה שעובד על הדמיות מחשב של סילוני פלזמה עתירי אנרגיה. "זה נותן לנו ביטחון... שמה שאנחנו רואים בסימולציות שלנו הוא לא מטורף."
איסוף חלקיקים
מדענים לא יכולים לדגמן כל חלקיק בודד בסימולציות פלזמה בקנה מידה גדול. פעולה זו תפיק מיליארדי טרה-בייט של נתונים וייקח מאות שנים להשלים, אפילו באמצעות מחשבי העל המתקדמים ביותר. אבל חוקרים הבינו לאחרונה כיצד להתייחס למערכת כה לא מנוצלת כאל קבוצה קטנה יותר וניתנת לניהול של חלקיקים.
כדי לחקור את החשיבות של התחשבות בחלקיקים בודדים, גלישניקובה ועמיתיו השוו שתי הדמיות של חור שחור שהצטבר - האחת מתייחסת לפלזמה כנוזל הומוגני, והשנייה זורקת בערך מיליארד חלקיקים לתערובת. התוצאות שלהם, פורסם במרץ ב מכתבי סקירה פיזית, מראים ששילוב המיקרופיזיקה מוביל לתמונות שונות באופן מובהק של התלקחויות של חור שחור, תאוצות חלקיקים וריאציות בבהירות.
כעת, מדענים מקווים שהתקדמות תיאורטית כמו זו של ליו תוביל למודלים של חיבור מגנטי מחדש המשקפים בצורה מדויקת יותר את הטבע. אבל בעוד שהתיאוריה שלו שואפת ליישב את בעיית קצב החיבור מחדש, היא לא מסבירה מדוע קווי שדה מסוימים מתנגשים ומפעילים חיבור מחדש אך לא אחרים. זה גם לא מתאר איך האנרגיה היוצאת מתחלקת לסילונים, חום וקרניים קוסמיות - או איך כל זה עובד בתלת מימד ובקנה מידה גדול יותר. ובכל זאת, עבודתו של ליו מראה כיצד, בנסיבות הנכונות, חיבור מגנטי יכול להיות יעיל מספיק כדי לגרום להתפרצויות שמימיות ארעיות אך אלימות.
"עליך לענות על השאלה 'למה' - זה חלק מכריע מהתקדם עם המדע", אמר דרייק. "הביטחון שאנו מבינים את המנגנון נותן לנו יכולת הרבה יותר טובה לנסות להבין מה קורה."
- הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
- PlatoAiStream. Web3 Data Intelligence. הידע מוגבר. גישה כאן.
- הטבעת העתיד עם אדריאן אשלי. גישה כאן.
- קנה ומכירה של מניות בחברות PRE-IPO עם PREIPO®. גישה כאן.
- מקור: https://www.quantamagazine.org/the-tiny-physics-behind-immense-cosmic-eruptions-20230515/
- :יש ל
- :הוא
- :לֹא
- :איפה
- ][עמ'
- $ למעלה
- 2001
- a
- יכולת
- תקציר
- מאיצה
- חֶשְׁבּוֹן
- במדויק
- הישג
- תוספת
- מתקדם
- התקדמות
- שוב
- מטרות
- תעשיות
- מאפשר
- לאורך
- גם
- כמות
- an
- ו
- אחר
- לענות
- כל
- כראוי
- ARE
- טענה
- סביב
- AS
- עוזר
- At
- אווירה
- ניסיתי
- רָחוֹק
- BE
- מאחור
- הטוב ביותר
- מוטב
- בֵּין
- גָדוֹל
- B
- מיליארדים
- שחור
- חור שחור
- חורים שחורים
- לשבור
- שבירה
- לִבנוֹת
- אבל
- by
- חישובים
- נקרא
- הגיע
- CAN
- ללכוד
- קטסטרופלי
- מרכז
- שרשרת
- מאפיין
- טעון
- חיובים
- בנסיבות
- קרוב יותר
- עמיתים
- מִכלָלָה
- התנגש
- COLUMBIA
- מגיע
- לעומת
- להשלים
- המחשב
- אמון
- לאשר
- לשקול
- בהתחשב
- קרניים קוסמיות
- קוסמוס
- יכול
- משוגע
- יוצרים
- מכריע
- נתונים
- עשרות שנים
- לתאר
- מְתוּאָר
- תיאור
- פרטים
- DID
- הבדל
- אחר
- ממדים
- ההסחה
- do
- עושה
- לא
- עושה
- מטה
- לצייר
- מצייר
- נהיגה
- כל אחד
- כדור הארץ
- השפעה
- יעיל
- יעילות
- אלקטרונים
- מתגלה
- אנרגיה
- מספיק
- באותה מידה
- אֲפִילוּ
- אירועים
- אי פעם
- עדות
- דוגמה
- קיים
- להסביר
- מסביר
- הסבר
- קיצוני
- פָּנִים
- FAIL
- רחוק
- מהר
- מהר יותר
- שדה
- שדות
- תרשים
- חשבתי
- למלא
- ראשון
- נוזל
- בעד
- טופס
- קדימה
- החל מ-
- גז
- ליצור
- מייצר
- לקבל
- נתן
- נותן
- הולך
- מדריך
- היה
- הול
- מתרחש
- יש
- לֵב
- לעזור
- שֶׁלוֹ
- להחזיק
- חור
- חורים
- עמוד הבית
- לקוות
- חַם
- איך
- איך
- HTML
- http
- HTTPS
- מאות
- i
- רעיון
- מזוהה
- עָצוּם
- חשיבות
- in
- כלול
- שילוב
- בנפרד
- להשפיע
- מייד
- אינטראקציה
- אינטראקציה
- אל תוך
- לחקור
- מעורב
- IT
- מטוסי
- ידוע
- בקנה מידה גדול
- גדול יותר
- אחרון
- השקה
- שכבות
- עוֹפֶרֶת
- מוביל
- מוביל
- אוֹר
- כמו
- קווים
- קְצָת
- עוד
- להוריד
- עשוי
- מגזין
- שדה מגנטי
- חיבור מגנטי מחדש
- גדול
- לעשות
- עושה
- עשייה
- רב
- צעדה
- מרילנד
- המונים
- מסיבי
- להתאים
- חוֹמֶר
- מתימטי
- מתמטית
- דבר
- מתיו
- מאי..
- מנגנון
- סתם
- יכול
- ציון דרך
- דקות
- מודל
- מודלים
- חודשים
- יותר
- רוב
- תנועות
- נע
- הרבה
- תעלומה
- נאס"א
- טבע
- באופן שלילי
- לעולם לא
- חדש
- לא
- מספר
- להתבונן
- of
- כבוי
- on
- ONE
- רק
- מול
- or
- הזמנות
- אחר
- אחרים
- שלנו
- הַחוּצָה
- יותר
- שֶׁלוֹ
- ציור
- ניירות
- חלק
- מסוים
- עבר
- פיטר
- תופעה
- PHP
- פיסיקה
- תמונה
- תמונות
- פלזמה
- אפלטון
- מודיעין אפלטון
- אפלטון נתונים
- משחק
- כּוֹחַ
- חזק
- כוח
- בדיוק
- לחזות
- נבואה
- תחזית
- לחץ
- בעיה
- תהליך
- לייצר
- מיוצר
- להציע
- מוּצָע
- מציע
- לאור
- קוונטמגזין
- כמותי
- שאלה
- מהירות
- ציון
- תעריפים
- במקום
- בֶּאֱמֶת
- טעם
- לאחרונה
- חיבור מחדש
- לשקף
- אזורים
- יחסית
- לשחרר
- נשאר
- מחקר
- חוקר
- חוקרים
- סקירה
- תקין
- תפקיד
- בערך
- אמר
- אותו
- מאזניים
- מדע
- מדענים
- סוד
- לִרְאוֹת
- ראות
- נראה
- לראות
- תחושה
- סט
- ליישב
- צריך
- לְהַצִיג
- הופעות
- דומה
- קטן יותר
- צמד
- So
- סולרי
- פותר
- כמה
- מֶרחָב
- מְהִירוּת
- מהירויות
- בילה
- כוכבים
- התחלות
- עוד
- חנות
- כוח
- חזק יותר
- לימוד
- כזה
- מציע
- שמש
- מתוק
- מערכת
- לקחת
- מֵאֲשֶׁר
- זֶה
- השמיים
- שֶׁלָהֶם
- אותם
- אז
- תיאורטי
- התאוריה
- אלה
- הֵם
- דברים
- זֶה
- אלה
- מחשבה
- שְׁלוֹשָׁה
- ל
- גַם
- טרנספורמציה
- נסיעות
- טיפול
- בטיפול
- להפעיל
- לנסות
- הסתובב
- שתיים
- תחת
- להבין
- הבנה
- עולם
- אוניברסיטה
- us
- באמצעות
- חלל
- מתח
- רציתי
- היה
- דֶרֶך..
- we
- webp
- מה
- מתי
- אשר
- בזמן
- מי
- למה
- יצטרך
- עם
- בתוך
- תיק עבודות
- עובד
- עובד
- היה
- שנים
- עוד
- הניב
- תשואות
- אתה
- זפירנט
- רוכסן