Wprowadzenie
Podczas przelotnych napadów słońce od czasu do czasu wyrzuca w przestrzeń kolosalną ilość energii. Te erupcje, zwane rozbłyskami słonecznymi, trwają zaledwie kilka minut i mogą wywołać katastrofalne omdlenia i olśniewające zorze polarne na Ziemi. Ale nasze wiodące teorie matematyczne dotyczące działania tych rozbłysków nie potrafią przewidzieć siły i szybkości tego, co obserwujemy.
Sercem tych wybuchów jest mechanizm, który przekształca energię magnetyczną w potężne wybuchy światła i cząstek. Transformacja ta jest katalizowana przez proces zwany ponownym połączeniem magnetycznym, w którym zderzające się pola magnetyczne pękają i natychmiast wyrównują się, wyrzucając materię w kosmos. Oprócz zasilania rozbłysków słonecznych, ponowne podłączenie może zasilić szybkie, cząstki wysokoenergetyczne wyrzucony przez eksplodujące gwiazdy, blask dżety z ucztowania czarnych dziuri stały wiatr dmuchane przez słońce.
Pomimo wszechobecności tego zjawiska naukowcy starali się zrozumieć, w jaki sposób działa tak skutecznie. A najnowsza teoria sugeruje, że jeśli chodzi o rozwiązywanie zagadek ponownego połączenia magnetycznego, dużą rolę odgrywa mała fizyka. W szczególności wyjaśnia, dlaczego niektóre zdarzenia ponownego połączenia są tak oszałamiająco szybkie — i dlaczego najsilniejsze wydają się zachodzić z charakterystyczną prędkością. Zrozumienie mikrofizycznych szczegółów ponownego połączenia może pomóc naukowcom w budowaniu lepszych modeli tych energetycznych erupcji i zrozumieniu kosmicznych napadów złości.
„Jak dotąd jest to najlepsza teoria, jaką widzę” — powiedział Hantao Ji, fizyk plazmy z Princeton University, który nie brał udziału w badaniu. „To duże osiągnięcie”.
Mieszanie z płynami
Prawie cała znana materia we wszechświecie istnieje w formie osocze, ognistą zupę gazu, w której piekielne temperatury rozłożyły atomy na naładowane cząstki. Kiedy się poruszają, cząsteczki te wytwarzają pola magnetyczne, które następnie kierują ruchami cząstek. Ta chaotyczna interakcja tworzy pomieszany bałagan linii pola magnetycznego, które podobnie jak gumki recepturki gromadzą coraz więcej energii, gdy są rozciągane i skręcane.
W latach pięćdziesiątych XX wieku naukowcy zaproponowali wyjaśnienie, w jaki sposób plazma wyrzuca swoją stłumioną energię, proces, który zaczęto nazywać rekoneksją magnetyczną. Kiedy zderzają się linie pola magnetycznego skierowane w przeciwnych kierunkach, mogą się zatrzasnąć i połączyć krzyżowo, wyrzucając cząsteczki jak dwustronna proca.
Ale ten pomysł był bliższy abstrakcyjnemu obrazowi niż kompletnemu modelowi matematycznemu. Naukowcy chcieli zrozumieć szczegóły tego procesu — zdarzenia, które wpływają na pękanie, powód, dla którego uwalnia się tak dużo energii. Ale chaotyczna gra gorącego gazu, naładowanych cząstek i pól magnetycznych jest trudna do ujarzmienia matematycznie.
Pierwszy ilościowy teoria, opisana w 1957 roku przez astrofizyków Petera Sweeta i Eugene'a Parkera, traktuje plazmę jako płyn namagnesowany. Sugeruje to, że zderzenia przeciwnie naładowanych cząstek przyciągają linie pola magnetycznego i uruchamiają niekontrolowany łańcuch zdarzeń ponownego połączenia. Ich teoria przewiduje również, że proces ten zachodzi w określonym tempie. Szybkość ponownego łączenia obserwowana w stosunkowo słabych, wykutych laboratoryjnie plazmach jest zgodna z ich przewidywaniami, podobnie jak w przypadku mniejszych dżetów w niższych warstwach atmosfery słonecznej.
Ale rozbłyski słoneczne uwalniają energię znacznie szybciej, niż może to wyjaśnić teoria Sweeta i Parkera. Według ich obliczeń te rozbłyski powinny rozwijać się przez miesiące, a nie minuty.
Niedawno obserwacje NASA satelity magnetosferyczne zidentyfikowali to szybsze ponowne połączenie, które ma miejsce jeszcze bliżej domu, w ziemskim polu magnetycznym. Te obserwacje, wraz z dowodami z dziesięcioleci symulacji komputerowych, potwierdzają to „szybkie” tempo ponownego łączenia: w plazmach o większej energii ponowne łączenie następuje z około 10% prędkości, z jaką rozchodzi się pole magnetyczne – o rzędy wielkości szybciej niż przewiduje teoria Sweeta i Parkera .
Wskaźnik ponownego połączenia na poziomie 10% jest obserwowany tak powszechnie, że wielu naukowców uważa to za „liczbę daną przez Boga”, powiedział Alisa Galisznikowa, naukowiec z Princeton. Ale wzywanie boskości niewiele wyjaśnia, co sprawia, że ponowne połączenie jest tak szybkie.
Boży numer
W latach 1990. fizycy odwrócili się od traktowania plazmy jako cieczy, co okazało się zbyt dużym uproszczeniem. W powiększeniu namagnesowana zupa tak naprawdę składa się z pojedynczych cząstek. A sposób, w jaki te cząsteczki wchodzą ze sobą w interakcje, ma decydującą różnicę.
„Kiedy dojdziesz do mikroskali, opis płynu zaczyna się psuć” – powiedział Amitava Bhattacharjee, fizyk plazmy w Princeton. „Obraz [mikrofizyczny] zawiera rzeczy, których płynny obraz nigdy nie uchwyci”.
Przez ostatnie dwie dekady fizycy podejrzewali, że tajemnicą szybkiego ponownego połączenia może być zjawisko elektromagnetyczne znane jako efekt Halla: ujemnie naładowane elektrony i dodatnio naładowane jony mają różne masy, więc poruszają się wzdłuż linii pola magnetycznego z różnymi prędkościami. Ta różnica prędkości generuje napięcie między rozdzielonymi ładunkami.
W 2001 Bhattacharjee i jego współpracownicy pokazał że tylko modele, które uwzględniały efekt Halla, dawały odpowiednio szybkie wskaźniki ponownego połączenia. Ale dokładnie, w jaki sposób to napięcie wytworzyło magiczne 10%, pozostało tajemnicą. „Nie pokazał nam „jak” i „dlaczego” — powiedział Yi-Hsin Liu, fizyk plazmy w Dartmouth College.
Wprowadzenie
Teraz, w dwóch niedawno opublikowanych artykułach teoretycznych, Liu i współpracownicy próbowali uzupełnić szczegóły.
Połączenia pierwszy papier, opublikowane w Fizyka komunikacjiopisuje, w jaki sposób napięcie indukuje pole magnetyczne, które odciąga elektrony od środka dwóch zderzających się obszarów magnetycznych. To przekierowanie wytwarza próżnię, która zasysa nowe linie pola i ściska je w środku, umożliwiając szybsze formowanie procy magnetycznej.
„Ten obraz został pominięty… [ale] patrzył nam prosto w twarz” – powiedział Jima Drake'a, fizyk plazmy z University of Maryland. „To pierwszy przekonujący argument, jaki kiedykolwiek widziałem”.
W Drugi papier, opublikowane w Physical Review Letters, Liu i jego asystent naukowy Matthew Goodbred opisują, w jaki sposób ten sam efekt próżni pojawia się w ekstremalnych plazmach zawierających różne składniki. Na przykład uważa się, że plazma wokół czarnych dziur składa się z elektronów i równie masywnych pozytonów, więc efekt Halla już nie ma zastosowania. Jednak „w magiczny sposób ponowne połączenie nadal działa w podobny sposób” – powiedział Liu. Naukowcy proponują, że w tych silniejszych polach magnetycznych większość energii jest zużywana na przyspieszanie cząstek, a nie na ich ogrzewanie – ponownie powodując spadek ciśnienia, który daje boskie 10%.
„Teoretycznie jest to kamień milowy” — powiedział Lorenza Sironiego, astrofizyk teoretyczny z Columbia University, który pracuje nad komputerowymi symulacjami wysokoenergetycznych dżetów plazmy. „To daje nam pewność… że to, co widzimy w naszych symulacjach, nie jest szalone”.
Zbieranie cząstek
Naukowcy nie mogą modelować każdej pojedynczej cząstki w wielkoskalowych symulacjach plazmy. Spowodowałoby to wygenerowanie miliardów terabajtów danych i zajęłoby setki lat, nawet przy użyciu najbardziej zaawansowanych superkomputerów. Ale naukowcy niedawno wymyślili, jak traktować tak nieporęczny system jako mniejszy, łatwiejszy w zarządzaniu zestaw cząstek.
Aby zbadać znaczenie rozważania poszczególnych cząstek, Galishnikova i współpracownicy porównali dwie symulacje akrecyjnej czarnej dziury – jedną traktującą plazmę jako jednorodny płyn, a drugą wrzucającą do mieszanki około miliarda cząstek. Ich wyniki, opublikowany w marcu br Physical Review Letters, pokazują, że włączenie mikrofizyki prowadzi do wyraźnie różnych obrazów rozbłysków czarnej dziury, przyspieszeń cząstek i zmian jasności.
Teraz naukowcy mają nadzieję, że postępy teoretyczne, takie jak Liu, doprowadzą do modeli ponownego połączenia magnetycznego, które dokładniej odzwierciedlają naturę. Ale chociaż jego teoria ma na celu rozwiązanie problemu szybkości ponownego łączenia, nie wyjaśnia, dlaczego niektóre linie pola zderzają się i wyzwalają ponowne połączenie, a inne nie. Nie opisuje również, w jaki sposób wypływająca energia jest dzielona na dżety, ciepło i promienie kosmiczne – ani jak to wszystko działa w trzech wymiarach i na większą skalę. Mimo to praca Liu pokazuje, jak w odpowiednich okolicznościach ponowne połączenie magnetyczne może być wystarczająco wydajne, aby napędzać efemeryczne, ale gwałtowne wybuchy na niebie.
„Musisz odpowiedzieć na pytanie„ dlaczego ”- to kluczowa część postępu w nauce” - powiedział Drake. „Pewność, że rozumiemy mechanizm, daje nam znacznie lepszą zdolność do zrozumienia, co się dzieje”.
- Dystrybucja treści i PR oparta na SEO. Uzyskaj wzmocnienie już dziś.
- PlatoAiStream. Analiza danych Web3. Wiedza wzmocniona. Dostęp tutaj.
- Wybijanie przyszłości w Adryenn Ashley. Dostęp tutaj.
- Kupuj i sprzedawaj akcje spółek PRE-IPO z PREIPO®. Dostęp tutaj.
- Źródło: https://www.quantamagazine.org/the-tiny-physics-behind-immense-cosmic-eruptions-20230515/
- :ma
- :Jest
- :nie
- :Gdzie
- ][P
- $W GÓRĘ
- 2001
- a
- zdolność
- ABSTRACT
- przyspieszenie
- Konto
- dokładnie
- osiągnięcie
- dodatek
- zaawansowany
- zaliczki
- ponownie
- Cele
- Wszystkie kategorie
- Pozwalać
- wzdłuż
- również
- ilość
- an
- i
- Inne
- odpowiedź
- każdy
- odpowiednio
- SĄ
- argument
- na około
- AS
- Asystent
- At
- Atmosfera
- próbę
- z dala
- BE
- za
- BEST
- Ulepsz Swój
- pomiędzy
- Duży
- Miliard
- miliardy
- Czarny
- Black Hole
- czarne dziury
- przerwa
- Przełamując
- budować
- ale
- by
- Obliczenia
- nazywa
- oprawa ołowiana witrażu
- CAN
- zdobyć
- katastrofalny
- Centrum
- łańcuch
- charakterystyka
- naładowany
- Opłaty
- okoliczności
- bliższy
- koledzy
- Studentki
- Zderzać się
- COLUMBIA
- byliśmy spójni, od początku
- w porównaniu
- kompletny
- komputer
- pewność siebie
- Potwierdzać
- Rozważać
- wobec
- Promieniowanie kosmiczne
- kosmos
- mógłby
- zwariowany
- Tworzenie
- istotny
- dane
- lat
- opisać
- opisane
- opis
- detale
- ZROBIŁ
- różnica
- różne
- Wymiary
- Dywersja
- do
- robi
- Nie
- robi
- na dół
- rysować
- rysuje
- napęd
- każdy
- Ziemia
- efekt
- wydajny
- skutecznie
- elektrony
- wyłania się
- energia
- dość
- Równie
- Parzyste
- wydarzenia
- EVER
- dowód
- przykład
- istnieje
- Wyjaśniać
- Objaśnia
- wyjaśnienie
- skrajny
- Twarz
- FAIL
- daleko
- FAST
- szybciej
- pole
- Łąka
- Postać
- wzorzysty
- wypełniać
- i terminów, a
- płyn
- W razie zamówieenia projektu
- Nasz formularz
- Naprzód
- od
- GAS
- Generować
- generuje
- otrzymać
- dany
- daje
- będzie
- poprowadzi
- miał
- Hall
- Wydarzenie
- Have
- Serce
- pomoc
- jego
- przytrzymaj
- Otwór
- Dziury
- Strona główna
- nadzieję
- HOT
- W jaki sposób
- How To
- HTML
- http
- HTTPS
- Setki
- i
- pomysł
- zidentyfikowane
- ogromny
- znaczenie
- in
- włączony
- włączenie
- indywidualny
- wpływ
- natychmiast
- interakcji
- wzajemne oddziaływanie
- najnowszych
- badać
- zaangażowany
- IT
- Jets
- znany
- na dużą skalę
- większe
- Nazwisko
- wodowanie
- nioski
- prowadzić
- prowadzący
- Wyprowadzenia
- lekki
- lubić
- linie
- mało
- dłużej
- niższy
- zrobiony
- magazyn
- Pole magnetyczne
- ponowne połączenie magnetyczne
- poważny
- robić
- WYKONUJE
- Dokonywanie
- wiele
- March
- Maryland
- Masy
- masywny
- Mecz
- materiał
- matematyczny
- matematycznie
- Materia
- Matthew
- Może..
- mechanizm
- sam
- może
- kamień milowy
- minut
- model
- modele
- miesięcy
- jeszcze
- większość
- Ruchy
- przeniesienie
- dużo
- Tajemnica
- NASA
- Natura
- ujemnie
- nigdy
- Nowości
- Nie
- numer
- obserwować
- of
- poza
- on
- ONE
- tylko
- naprzeciwko
- or
- Zlecenia
- Inne
- Pozostałe
- ludzkiej,
- na zewnątrz
- koniec
- własny
- malarstwo
- Papiery
- część
- szczególny
- Przeszłość
- Piotr
- zjawisko
- PHP
- Fizyka
- obraz
- Zdjęcia
- Plazma
- plato
- Analiza danych Platona
- PlatoDane
- odgrywa
- power
- mocny
- Zasilanie
- precyzyjnie
- przewidzieć
- przepowiednia
- Prognozy
- nacisk
- Problem
- wygląda tak
- produkować
- Wytworzony
- zaproponować
- zaproponowane
- proponuje
- opublikowany
- Magazyn ilościowy
- ilościowy
- pytanie
- szybko
- Kurs
- ceny
- raczej
- naprawdę
- powód
- niedawno
- ponowne połączenie
- odzwierciedlić
- regiony
- stosunkowo
- zwolnić
- pozostał
- Badania naukowe
- badacz
- Badacze
- przeglądu
- prawo
- Rola
- w przybliżeniu
- Powiedział
- taki sam
- waga
- nauka
- Naukowcy
- Tajemnica
- widzieć
- widzenie
- wydać się
- widziany
- rozsądek
- zestaw
- rozstrzygać
- powinien
- pokazać
- Targi
- podobny
- mniejszy
- Snap
- So
- słoneczny
- Rozwiązywanie
- kilka
- Typ przestrzeni
- prędkość
- prędkości
- spędził
- Gwiazdy
- rozpocznie
- Nadal
- sklep
- jest determinacja.
- silniejszy
- Badanie
- taki
- Wskazuje
- Niedz
- słodki
- system
- Brać
- niż
- że
- Połączenia
- ich
- Im
- następnie
- teoretyczny
- teoria
- Te
- one
- rzeczy
- to
- tych
- myśl
- trzy
- do
- także
- Transformacja
- podróżować
- leczyć
- leczenia
- wyzwalać
- próbować
- Obrócony
- drugiej
- dla
- zrozumieć
- zrozumienie
- Wszechświat
- uniwersytet
- us
- za pomocą
- Odkurzać
- Napięcie
- poszukiwany
- była
- Droga..
- we
- webp
- Co
- jeśli chodzi o komunikację i motywację
- który
- Podczas
- KIM
- dlaczego
- będzie
- w
- w ciągu
- Praca
- pracujący
- działa
- by
- lat
- jeszcze
- wydany
- plony
- You
- zefirnet
- Zamek błyskawiczny