Predstavitev
Med bežnimi napadi sonce občasno vrže v vesolje ogromno količino energije. Ti izbruhi, imenovani sončni izbruhi, trajajo le nekaj minut in lahko povzročijo katastrofalne izpade zatemnitve in bleščeče aurore na Zemlji. Toda naše vodilne matematične teorije o delovanju teh izbruhov ne morejo predvideti moči in hitrosti tega, kar opazujemo.
V središču teh izbruhov je mehanizem, ki pretvarja magnetno energijo v močne sunke svetlobe in delcev. To preobrazbo katalizira proces, imenovan magnetna ponovna povezava, v katerem se trkajoča magnetna polja zlomijo in v trenutku ponovno poravnajo, tako da material vržejo v vesolje. Poleg napajanja sončnih izbruhov lahko ponovna povezava napaja hitre, visokoenergijski delci ki ga izvržejo eksplozivne zvezde, sij curki iz črnih lukenjIn stalni veter prepihano s soncem.
Kljub vseprisotnosti pojava se znanstveniki trudijo razumeti, kako deluje tako učinkovito. A nedavna teorija predlaga, da ima drobna fizika veliko vlogo pri reševanju skrivnosti ponovne magnetne povezave. Še posebej pojasnjuje, zakaj so nekateri dogodki ponovne povezave tako osupljivo hitri - in zakaj se zdi, da se najmočnejši zgodijo z značilno hitrostjo. Razumevanje mikrofizičnih podrobnosti ponovne povezave bi lahko raziskovalcem pomagalo zgraditi boljše modele teh energijskih izbruhov in razumeti kozmične izbruhe jeze.
"Doslej je to najboljša teorija, ki jo vidim," je dejal Hantao Ji, plazemski fizik na univerzi Princeton, ki ni bil vključen v študijo. "To je velik dosežek."
Premetavanje s tekočinami
Skoraj vsa znana snov v vesolju obstaja v obliki plazma, ognjena juha iz plina, kjer so peklenske temperature razkrojile atome v nabite delce. Ko se vrtijo naokoli, ti delci ustvarjajo magnetna polja, ki nato vodijo gibanje delcev. Ta kaotična interakcija plete premešano zmešnjavo linij magnetnega polja, ki kot gumijasti trakovi shranjujejo vedno več energije, ko se raztezajo in zvijajo.
V petdesetih letih prejšnjega stoletja so znanstveniki predlagali razlago za to, kako plazma izloči svojo zadržano energijo, proces, ki so ga poimenovali magnetna ponovna povezava. Ko črte magnetnega polja, ki kažejo v nasprotnih smereh, trčijo, se lahko zaskočijo in navzkrižno povežejo ter izstrelijo delce kot dvostranska frača.
Toda ta ideja je bila bližje abstraktnemu slikarstvu kot popolnemu matematičnemu modelu. Znanstveniki so želeli razumeti podrobnosti o tem, kako proces deluje - dogodke, ki vplivajo na zaskok, razlog, zakaj se sprosti toliko energije. Toda neurejeno medsebojno delovanje vročega plina, nabitih delcev in magnetnih polj je težko matematično ukrotiti.
Prvi kvantitativni Teorija, ki sta ga leta 1957 opisala astrofizika Peter Sweet in Eugene Parker, obravnava plazmo kot magnetizirane tekočine. Predlaga, da trki nasprotno nabitih delcev potegnejo črte magnetnega polja in sprožijo bežno verigo dogodkov ponovne povezave. Njihova teorija tudi predvideva, da se ta proces odvija z določeno hitrostjo. Stopnje ponovne povezave, ki so jih opazili v razmeroma šibki, laboratorijsko ustvarjeni plazmi, se ujemajo z njihovo napovedjo, prav tako kot stopnje za manjše curke v nižjih plasteh sončne atmosfere.
Toda sončni izbruhi sproščajo energijo veliko hitreje, kot lahko pojasni teorija Sweeta in Parkerja. Po njihovih izračunih naj bi se ti izbruhi odvijali v mesecih in ne v minutah.
Nedavno opazovanja NASA-e magnetosferski sateliti ugotovil, da se ta hitrejša ponovna povezava dogaja celo bližje domu, v Zemljinem lastnem magnetnem polju. Ta opažanja, skupaj z dokazi iz desetletij računalniških simulacij, potrjujejo to "hitro" stopnjo ponovne povezave: v bolj energični plazmi se ponovna povezava pojavi pri približno 10 % hitrosti, pri kateri se magnetna polja širijo - red velikosti hitreje, kot napovedujeta Sweetova in Parkerjeva teorija. .
10-odstotna stopnja ponovne povezave je tako univerzalna, da mnogi znanstveniki menijo, da je to "od Boga dano število", pravi Alisa Gališnikova, raziskovalec na Princetonu. Toda sklicevanje na božansko ne pojasni, zakaj je ponovna povezava tako hitra.
Božje število
V devetdesetih letih prejšnjega stoletja so se fiziki odvrnili od obravnavanja plazme kot tekočin, kar se je izkazalo za preveč poenostavljeno. Povečano, je magnetizirana juha res sestavljena iz posameznih delcev. In kako ti delci medsebojno delujejo, je ključna razlika.
"Ko pridete do mikroskal, se opis tekočine začne kvariti," je rekel Amitava Bhattacharjee, plazemski fizik na Princetonu. "[Mikrofizična] slika vsebuje stvari, ki jih tekoča slika nikoli ne more zajeti."
V zadnjih dveh desetletjih so fiziki sumili, da bi lahko elektromagnetni pojav, znan kot Hallov učinek, skrival skrivnost hitre ponovne povezave: negativno nabiti elektroni in pozitivno nabiti ioni imajo različne mase, zato potujejo vzdolž magnetnih silnic z različnimi hitrostmi. Ta razlika v hitrosti ustvarja napetost med ločenima nabojema.
Leta 2001 so Bhattacharjee in njegovi sodelavci je pokazala, da so le modeli, ki so vključevali Hallov učinek, dali primerno visoke stopnje ponovne povezave. Toda kako natančno je ta napetost proizvedla magičnih 10 %, je ostala skrivnost. "Ni nam pokazal 'kako' in 'zakaj'," je dejal Yi-Hsin Liu, plazemski fizik na Dartmouth College.
Predstavitev
Zdaj, v dveh nedavno objavljenih teoretičnih člankih, so Liu in njegovi sodelavci poskušali izpolniti podrobnosti.
O prvi papir, objavljeno v Fizika komunikacij, opisuje, kako napetost inducira magnetno polje, ki vleče elektrone stran od središča dveh trkajočih se magnetnih območij. Ta preusmeritev povzroči vakuum, ki posrka nove poljske črte in jih stisne v središču, kar omogoči hitrejše oblikovanje magnetne frače.
"Ta slika je bila spregledana … [vendar] nam je strmela v obraz," je dejal Jim Drake, plazemski fizik na Univerzi v Marylandu. "To je prvi prepričljiv argument, ki sem ga kdaj videl."
v drugi papir, objavljeno v Pisni pregledi fizike, Liu in njegov dodiplomski raziskovalec Matthew Goodbred opisujeta, kako se isti vakuumski učinek pojavi v ekstremni plazmi, ki vsebuje različne sestavine. Okoli črnih lukenj se na primer domneva, da je plazma sestavljena iz elektronov in enako masivnih pozitronov, zato Hallov učinek ne velja več. Kljub temu "čudežno ponovna povezava še vedno deluje na podoben način," je dejal Liu. Raziskovalci predlagajo, da se znotraj teh močnejših magnetnih polj večina energije porabi za pospeševanje delcev, namesto za njihovo segrevanje - spet ustvarja zmanjšanje tlaka, ki prinaša božansko 10-odstotno stopnjo.
"Teoretično je to velik mejnik," je dejal Lorenzo Sironi, teoretični astrofizik na univerzi Columbia, ki dela na računalniških simulacijah visokoenergijskih plazemskih curkov. "To nam daje zaupanje ... da to, kar vidimo v naših simulacijah, ni noro."
Pobiranje delcev
Znanstveniki ne morejo modelirati vsakega posameznega delca v obsežnih simulacijah plazme. S tem bi proizvedli milijarde terabajtov podatkov, za dokončanje pa bi trajalo stotine let, tudi z uporabo najnaprednejših superračunalnikov. Toda raziskovalci so nedavno ugotovili, kako obravnavati tako okoren sistem kot manjši, bolj obvladljiv nabor delcev.
Da bi raziskali pomen upoštevanja posameznih delcev, so Gališnikova in sodelavci primerjali dve simulaciji akrecijske črne luknje - ena obravnava plazmo kot homogeno tekočino, druga pa vrže približno milijardo delcev v mešanico. Njihovi rezultati, objavljen marca v Pisni pregledi fizike, kažejo, da vključitev mikrofizike vodi do izrazito različnih slik izbruhov črne luknje, pospeškov delcev in variacij v svetlosti.
Zdaj znanstveniki upajo, da bo teoretični napredek, kot je Liujev, vodil do modelov magnetne ponovne povezave, ki bodo natančneje odražali naravo. Toda medtem ko njegova teorija želi rešiti problem stopnje ponovne povezave, ne pojasni, zakaj nekatere poljske črte trčijo in sprožijo ponovno povezavo, druge pa ne. Prav tako ne opisuje, kako se iztekajoča energija razdeli na curke, toploto in kozmične žarke - ali kako kar koli od tega deluje v treh dimenzijah in na večjih lestvicah. Kljub temu Liujevo delo kaže, kako je lahko v pravih okoliščinah magnetna ponovna povezava dovolj učinkovita, da povzroči kratkotrajne, a nasilne nebesne izbruhe.
"Morate odgovoriti na vprašanje 'zakaj' - to je ključni del napredovanja znanosti," je dejal Drake. "Zaupanje, da razumemo mehanizem, nam daje veliko boljšo sposobnost, da poskušamo ugotoviti, kaj se dogaja."
- Distribucija vsebine in PR s pomočjo SEO. Okrepite se še danes.
- PlatoAiStream. Podatkovna inteligenca Web3. Razširjeno znanje. Dostopite tukaj.
- Kovanje prihodnosti z Adryenn Ashley. Dostopite tukaj.
- Kupujte in prodajajte delnice podjetij pred IPO s PREIPO®. Dostopite tukaj.
- vir: https://www.quantamagazine.org/the-tiny-physics-behind-immense-cosmic-eruptions-20230515/
- :ima
- : je
- :ne
- :kje
- ][str
- $GOR
- 2001
- a
- sposobnost
- POVZETEK
- pospeševanje
- Račun
- natančno
- dosežek
- Poleg tega
- napredno
- napredek
- spet
- Cilje
- vsi
- Dovoli
- skupaj
- Prav tako
- znesek
- an
- in
- Še ena
- odgovor
- kaj
- ustrezno
- SE
- Argument
- okoli
- AS
- Pomočnik
- At
- atmosfera
- poskus
- stran
- BE
- zadaj
- BEST
- Boljše
- med
- Big
- Billion
- milijardah
- črna
- Črna luknja
- črne luknje
- Break
- Breaking
- izgradnjo
- vendar
- by
- Izračuni
- se imenuje
- prišel
- CAN
- zajemanje
- katastrofalno
- center
- verige
- Značilnost
- zaračuna
- Stroški
- okoliščinah
- bližje
- sodelavci
- College
- Trčiti
- COLUMBIA
- prihaja
- v primerjavi z letom
- dokončanje
- računalnik
- zaupanje
- Potrdi
- Razmislite
- upoštevamo
- Kozmični žarki
- Cosmos
- bi
- nor
- Ustvarjanje
- ključnega pomena
- datum
- desetletja
- opisati
- opisano
- opis
- Podrobnosti
- DID
- Razlika
- drugačen
- dimenzije
- Protipravno
- do
- ne
- Ne
- tem
- navzdol
- pripravi
- riše
- pogon
- vsak
- Zemlja
- učinek
- učinkovite
- učinkovito
- elektronov
- nastane
- energija
- dovolj
- enako
- Tudi
- dogodki
- VEDNO
- dokazi
- Primer
- obstaja
- Pojasnite
- Pojasni
- Razlaga
- ekstremna
- Obraz
- FAIL
- daleč
- FAST
- hitreje
- Polje
- Področja
- Slika
- ugotovil
- izpolnite
- prva
- tekočina
- za
- obrazec
- Naprej
- iz
- GAS
- ustvarjajo
- ustvarja
- dobili
- dana
- daje
- dogaja
- vodi
- imel
- Dvorana
- Zgodi se
- Imajo
- Srce
- pomoč
- njegov
- držite
- Luknja
- Luknje
- Domov
- upam,
- HOT
- Kako
- Kako
- HTML
- http
- HTTPS
- Stotine
- i
- Ideja
- identificirati
- neizmerno
- Pomembnost
- in
- vključeno
- vključujoč
- individualna
- vplivajo
- takoj
- interakcijo
- interakcije
- v
- razišče
- vključeni
- IT
- Jets
- znano
- obsežne
- večja
- Zadnja
- začetek
- plasti
- vodi
- vodi
- Interesenti
- light
- kot
- linije
- malo
- več
- nižje
- je
- revije
- Magnetno polje
- magnetna ponovna povezava
- velika
- Znamka
- IZDELA
- Izdelava
- več
- marec
- Maryland
- mase
- ogromen
- Stave
- Material
- matematični
- matematično
- Matter
- Matthew
- Maj ..
- Mehanizem
- Mers
- morda
- mejnik
- Minute
- Model
- modeli
- mesecev
- več
- Najbolj
- gibanja
- premikanje
- veliko
- Mystery
- Nasa
- Narava
- negativno
- nikoli
- Novo
- št
- Številka
- opazujejo
- of
- off
- on
- ONE
- samo
- Nasprotno
- or
- naročila
- Ostalo
- drugi
- naši
- ven
- več
- lastne
- Slika
- članki
- del
- zlasti
- preteklosti
- Peter
- pojav
- PHP
- Fizika
- slika
- slike
- Plazma
- platon
- Platonova podatkovna inteligenca
- PlatoData
- igra
- moč
- močan
- Napajanje
- Ravno
- napovedati
- napoved
- Napovedi
- tlak
- problem
- Postopek
- proizvodnjo
- Proizvedeno
- predlaga
- predlagano
- predlaga
- objavljeno
- Quantamagazine
- količinsko
- vprašanje
- hitro
- Oceniti
- Cene
- precej
- res
- Razlog
- Pred kratkim
- ponovna povezava
- odražajo
- regije
- relativno
- sprostitev
- ostalo
- Raziskave
- raziskovalec
- raziskovalci
- pregleda
- Pravica
- vloga
- grobo
- Je dejal
- Enako
- luske
- Znanost
- Znanstveniki
- skrivnost
- glej
- videnje
- zdi se
- videl
- Občutek
- nastavite
- poravnavo
- shouldnt
- Prikaži
- Razstave
- Podoben
- manj
- Snap
- So
- sončna
- Reševanje
- nekaj
- Vesolje
- hitrost
- hitrosti
- porabljen
- Stars
- začne
- Še vedno
- trgovina
- moč
- močnejši
- študija
- taka
- Predlaga
- ne
- sladka
- sistem
- Bodite
- kot
- da
- O
- njihove
- Njih
- POTEM
- Teoretični
- Teorija
- te
- jih
- stvari
- ta
- tisti,
- mislil
- 3
- do
- tudi
- Preoblikovanje
- potovanja
- zdravljenje
- zdravljenje
- sprožijo
- poskusite
- Obrnjen
- dva
- pod
- razumeli
- razumevanje
- Vesolje
- univerza
- us
- uporabo
- Vakuumska
- Napetost
- hotel
- je
- način..
- we
- webp
- Kaj
- kdaj
- ki
- medtem
- WHO
- zakaj
- bo
- z
- v
- delo
- deluje
- deluje
- bi
- let
- še
- pridobil
- donosov
- Vi
- zefirnet
- Zip