امریکہ میں محققین نے شمسی ہوا کی ابتدا کے بارے میں بصیرت حاصل کرنے کے لیے سپر کمپیوٹرز کا استعمال کیا ہے۔ یہ سورج سے زیادہ توانائی والے ذرات کا ایک بہاؤ ہے جو مصنوعی سیاروں کو نقصان پہنچا سکتا ہے، خلابازوں کو خطرہ بنا سکتا ہے اور یہاں تک کہ زمین پر برقی اور الیکٹرانک نظام کو بھی متاثر کر سکتا ہے۔
ان چارج شدہ ذرات کے اخراج کا اندازہ لگانا عام طور پر مشکل ہوتا ہے کیونکہ یہ سورج کے کورونا - ہمارے ستارے کے بیرونی ماحول میں ہونے والے پیچیدہ غیر خطی عمل کا نتیجہ ہیں۔ کورونا آئنائزڈ ذرات کا ایک انتہائی گرم پلازما ہے جسے لیبارٹری کے کنٹرول شدہ ماحول میں دوبارہ پیدا نہیں کیا جا سکتا۔ اب، نیویارک شہر میں کولمبیا یونیورسٹی کے سائنسدانوں نے سپر کمپیوٹر کے ذریعے ان واقعات کی پیش گوئی کرنے کا ایک طریقہ تیار کیا ہے۔
"چونکہ ہمارے پاس سورج کے ارد گرد پلازما کی خصوصیات کے محدود پیمانے پر اقدامات ہیں، پلازما کی جسمانی خصوصیات کے علم میں اہم غیر یقینی صورتحال موجود ہیں،" کہتے ہیں لوکا کومیسوکے ساتھ شریک مصنف لورینزو سیرونی۔ ایک رپورٹ جو تحقیق کی وضاحت کرتی ہے۔ "یہ غیر یقینی صورتحال ڈرامائی طور پر غیر خطوطی عمل سے بڑھ جاتی ہے، جیسے جھٹکے، مقناطیسی رابطہ اور ہنگامہ۔"
پلازما کی ابتدائی حالتوں کی غیر یقینی صورتحال، شمسی ذرات کی سرعت میں شامل غیر خطی عمل کی پیچیدگی کے ساتھ مل کر، اس کو حل کرنا ایک مشکل مسئلہ بنا دیتا ہے۔ اس طرح، ایک نقطہ نظر جو نئے اعلی کارکردگی کمپیوٹنگ (HPC) طریقوں پر بہت زیادہ انحصار کرتا ہے استعمال کیا گیا تھا۔
اپنی کامیابی میں منفرد
بلاشبہ، HPC کوئی ایسا علاج نہیں ہے جو صارف کو اپنے کسی بھی سوال کا جواب حاصل کرنے کی اجازت دیتا ہے۔ لوگ پہلے بھی اس مسئلے کو حل کرنے کے لیے سپر کمپیوٹنگ استعمال کرنے کی کوشش کر چکے ہیں اور ناکام ہو چکے ہیں۔ کامیسو اور سیرونی کی کوشش اس کی کامیابی میں منفرد تھی۔
ایک مسئلہ جس کے ساتھ سائنسدانوں نے جدوجہد کی ہے وہ یہ بتانا تھا کہ پلازما کی نچلی حرارتی توانائی سے اعلی توانائی والے ذرات کیسے تیز ہوتے ہیں۔ اگر کچھ ذرات پہلے کسی نامعلوم عمل سے تیز ہوتے ہیں، تو پلازما کے کچھ عمل جیسے جھٹکے ان ذرات کو ان توانائیوں تک مزید تیز کر سکتے ہیں جو مصنوعی سیاروں اور خلابازوں کو خطرہ لاحق ہیں۔ چیلنج اس ابتدائی سرعت کو سمجھنا ہے۔
کامیسو کہتے ہیں، "یہاں اہم حل نہ ہونے والا مسئلہ یہ سمجھنا تھا کہ کچھ ذرات 'شروع سے' توانائی کیسے حاصل کرنا شروع کر سکتے ہیں۔" "ایک بڑا امکان پلازما میں ہنگامہ خیزی کے اثرات پر غور کرنا تھا کیونکہ پلازما کے سورج کی فضا میں ہنگامہ خیز حالت میں ہونے کی توقع ہے۔ اس امکان کا تجزیہ کرنے اور یہ دیکھنے کے لیے کہ آیا یہ واقعی کام کرتا ہے، کسی کو پیچیدہ غیر خطی مساوات کو حل کرنے کی ضرورت ہے۔
پیچیدہ حساب کتاب
ان مساواتوں کو حل کرنے کے لیے HPC کے وسائل کی ضرورت ہے اور جوڑی نے پر انحصار کیا۔ پارٹیکل ان سیل طریقہ ہنگامہ خیز پلازما میں ذرات کی سرعت کے عمل کو بیان کرنے کے لیے۔ ایک پیچیدہ حساب کتاب کو آسان بنانے کے لیے، یہ عمل ایک مقررہ کمپیوٹیشنل گرڈ پر شمار کیے جانے والے خود ساختہ برقی مقناطیسی شعبوں میں الیکٹرانوں اور آئنوں کی رفتار کی پیروی کرتا ہے۔
مسئلے کو آسان بنانے کے لیے، پچھلے مطالعات میں تخمینے لگائے گئے تھے جنہوں نے حتمی نتائج کو گدلا کردیا۔ کومیسو کا کہنا ہے کہ ان کا تازہ ترین کام منفرد طور پر یہ ظاہر کرنے کے قابل تھا کہ سورج کی بیرونی فضا میں ہنگامہ آرائی ابتدائی سرعت فراہم کرتی ہے۔ مزید برآں، ان کا نتیجہ ایک سخت طریقہ کار کا استعمال کرتے ہوئے حاصل کیا گیا تھا جس میں پچھلے تخمینے کو استعمال نہیں کیا گیا تھا۔
اس کام کے لیے بڑے پیمانے پر نقلیں NASA پر کی گئیں۔ پلائڈیز ناسا میں سپر کمپیوٹر اور کوری سپر کمپیوٹر امریکہ کے نیشنل انرجی ریسرچ سائنٹیفک کمپیوٹنگ سینٹر میں۔ دونوں مشینوں میں، محققین نے 50,000-100,000 سنٹرل پروسیسنگ یونٹس (CPUs) اور ہر نقلی کے لیے تقریباً 1500 نوڈس کا استعمال کرتے ہوئے پارٹیکل ان سیل کوڈ چلایا۔ تقریباً 200 بلین ذرات کا ٹریک رکھنے کے لیے یہ کافی کمپیوٹنگ وسیلہ درکار تھا جو کہ ہر ایک سمولیشن میں شامل تھے۔
خلائی تحقیق کی حفاظت
یہ تحقیق خلابازوں اور خلائی جہازوں کے لیے خطرہ بننے والی تابکاری کے بارے میں ہماری سمجھ کو بڑھانے میں اہم کردار ادا کرتی نظر آتی ہے۔
اگر شمسی سپر طوفان ٹکرائے تو کیا ہوگا؟
کامیسو کہتے ہیں، "یہ زیادہ توانائی والے ذرات انسانوں کے لیے خطرہ ہیں جو زمین کے مقناطیسی کرہ کے حفاظتی احاطہ سے باہر ہیں۔" "بنیادی طور پر، سورج مضبوط سرگرمی کے مراحل سے گزرتا ہے جو اعلی توانائی کے پروٹونوں کی نمایاں شدت کے ساتھ، بڑے شمسی توانائی بخش ذرہ کے واقعات کو جنم دے سکتا ہے۔ ہائی انرجی پروٹون کی بڑی شدت بے نقاب انسانوں کے لیے تابکاری کا خطرہ ہے۔ تابکاری کی بڑی خوراکیں خلابازوں کو کینسر کے خطرے اور ممکنہ طور پر موت میں نمایاں اضافہ کرتی ہیں۔
تاہم، اس تحقیق کے مضمرات اس سے بھی آگے ہیں۔ جیسا کہ کومیسو بتاتے ہیں، سورج واحد فلکیاتی شے نہیں ہے جس کا اس طریقہ سے مطالعہ کیا جا سکتا ہے۔ مثال کے طور پر، ذرات دیگر آسمانی اشیاء جیسے نیوٹران ستاروں اور بلیک ہولز کی قربت میں تیز ہوتے ہیں۔
کامیسو کا کہنا ہے کہ "میرے خیال میں ہم نے صرف اس سطح کو کھرچ لیا ہے جو سپر کمپیوٹر کی نقلیں ہمیں بتا سکتی ہیں کہ کس طرح ہنگامہ خیز پلازما میں ذرات کو توانائی بخشی جا سکتی ہے۔"
تحقیق میں بیان کیا گیا ہے۔ فلکیاتی جریدے کے خط.
