Manyetohidrodinamik türbülans, güneş atmosferi de dahil olmak üzere birçok astrofizik sistemde büyükten küçüğe doğru enerji transferini düzenler. Yarım yüzyıldan fazla bir süredir, Güneş'in atmosferi gibi türbülanslı plazmalardaki enerji akışının MHD dalga etkileşimleri tarafından kontrol edildiği yaygın olarak kabul edilmektedir.
Yeni bir çalışmada, ABD Enerji Bakanlığı'ndan (DOE) bilim insanları Princeton Plazma Fiziği Laboratuvarı (PPPL), “güneş koronasının” nasıl Dünya’dan çok daha sıcak olabileceğini açıklamaya yardımcı olan, önceden gizlenmiş bir ısıtma sürecini ortaya çıkardı. güneş yüzeyi bu onu yayar.
Türünün şimdiye kadarki en büyük simülasyonu için 200 milyon saatlik bilgisayar zamanı kullanan bilim insanları, süreci ortaya çıkarabildi. Doğrudan sayısal simülasyonları, bu ısıtma mekanizmasını 3 boyutlu alanda tanımlayan ilk çalışmadır.
PPPL ve Princeton Üniversitesi'nden fizikçi Chuanfei Dong şunları söyledi: "Mevcut teleskop ve uzay aracı cihazları, küçük ölçeklerde meydana gelen süreci tanımlamak için yeterince yüksek çözünürlüğe sahip olmayabilir."
Plazmadaki manyetik alanları (güneş atmosferini oluşturan elektronlar ve atom çekirdeği çorbası) şiddetle bölen ve yeniden birleştiren, manyetik yeniden bağlanma olarak bilinen süreç, gizli bileşendir. Bu, Dong'un ne kadar hızlı gerçekleştiğine dair modellemesiyle kanıtlandı. manyetik alan hatlar yeniden bağlanarak büyük ölçekli kaotik enerjiyi küçük ölçekli iç enerjiye dönüştürür. Türbülans enerjisinin küçük ölçeklerde termal enerjiye verimli bir şekilde dönüştürülmesi nedeniyle, korona etkili bir şekilde ısıtılır.
Dong dedi ki: “Kahveye krema koymayı düşünün. Krema damlaları kısa sürede kıvrımlara ve ince buklelere dönüşür. Benzer şekilde, manyetik alanlar, manyetik yeniden bağlanma nedeniyle parçalanan ince elektrik akımı tabakaları oluşturur. Bu süreç, enerjinin büyük ölçekten küçük ölçeğe doğru geçişini kolaylaştırarak süreci daha verimli hale getirir. çalkantılı güneş korona daha önce düşünülenden daha fazla."
"Yeniden bağlanma süreci yavaşken çalkantılı çağlayan hızlı olduğunda, yeniden bağlanma ölçekler arası enerji aktarımını etkileyemez. Ancak yeniden bağlanma hızı, geleneksel kademe hızını aşacak kadar hızlı olduğunda, yeniden bağlanma, kademeyi küçük ölçeklere doğru daha verimli bir şekilde taşıyabilir."
"Bunu, plazmoid adı verilen küçük bükülmüş çizgilerden oluşan zincirler oluşturmak için manyetik alan çizgilerini kırıp yeniden birleştirerek yapıyor. Bu, yarım yüzyılı aşkın bir süredir yaygın olarak kabul edilen türbülanslı enerji kademesi anlayışını değiştiriyor. Yeni bulgu, enerji aktarım hızını enerjinin ne kadar hızlı olduğuna bağlıyor. plazmoidler Büyüyor, büyükten küçüğe enerji aktarımını artırıyor ve bu ölçeklerde koronayı güçlü bir şekilde ısıtıyor.”
En son keşif, eşi görülmemiş derecede büyük, güneş korona benzeri manyetik Reynolds sayısına sahip bir rejimi gösteriyor. Büyük sayı, türbülanslı kademenin yüksek enerji aktarım hızını karakterize eder. Yeniden bağlanmaya dayalı enerji aktarımı, manyetik Reynolds sayısı arttıkça daha etkilidir.
Simülasyon, NASA'nın Gelişmiş Süper Hesaplama (NAS) tesisinde 200 milyondan fazla bilgisayar CPU'sunu kullanan türünün tek örneği.
Araştırmayı denetleyen Princeton astrofizik bilimleri profesörü PPPL fizikçisi Amitava Bhattacharjee, şuraya, "Bu sayısal deney, plazmoidlerin büyümesiyle kontrol edilen, daha önce keşfedilmemiş bir türbülanslı enerji kademesi aralığı için teorik olarak tahmin edilen bir mekanizmanın ilk kez tartışmasız kanıtını üretti."
"Bu bulgunun astrofizik sistemlerdeki çeşitli ölçeklerdeki etkisi, mevcut ve gelecekteki uzay araçları ve teleskoplarla araştırılabilir. Enerji aktarım sürecini ölçekler arasında ortaya çıkarmak, önemli kozmik gizemleri çözmek için çok önemli olacaktır."
Dergi Referans:
- Chuanfei Dong ve diğerleri. Manyetohidrodinamik türbülansta yeniden bağlanmaya dayalı enerji kademesi. Bilim Gelişmeler. DOI: 10.1126/sciadv.abn7627
