Как Земля и многие другие миры, солнце имеет магнитное поле, которое проходит через всю его глубину и простирается далеко за пределы ее поверхности. Это поле прыгать по поверхности, иногда свернуты в петли и другие сложные структуры. Плазмы — ионизированного вещества, которые могут быть найдены на солнце, часто следует эти магнитные структуры. Но иногда это почти всегда связано с силовые линии поля сходятся и быстро присоединяется, в котором частицы течь наружу с невероятной скоростью. Скорость пересоединения всегда оставалось загадкой, потому что они не отвечают уравнений. Объяснений придумано много лет назад; ни один из них не был удовлетворительным. Однако новые теоретические разработки, наука нестабильность плазмоид, похоже, разгадал тайну.
Магнитное пересоединение происходит не только на солнце, но и в других различных астрофизических явлений и земных. Когда заряженные частицы, летящие от Солнца в наш мир и тогда поток магнитного поля Земли, образуя полярные сияния, это связано с магнитным пересоединением. Когда в межзвездном пространстве является турбулентной плазмы магнитное пересоединение нагревает электроны; этот же механизм может выдерживать мощные всплески гамма-лучей. И здесь, на Земле, что мы можем проводить лабораторные эксперименты, не только для изучения явление, а его последствия, когда, например, горячая плазма в центре смешивается с холодной внешней плазмы ближе к стене магнитного термоядерного реактора.
С точки зрения физики довольно прост:
- Есть магнитное поле, созданное любым количеством штанги неодимия.
- Переместить магниты в различные конфигурации относительно друг друга.
- Смотреть как линия отключается в определенных местах и присоединяется другое при изменении поля.
Вот он! Пересоединение магнитных. Через серию космических исследований, мы имеем возможность наблюдать и проверять явления пересоединения магнитного сила как в излучении солнечных вспышек и сияний на Земле.
Но дьявол кроется в деталях, как говорится.
Для астрофизиков одна из самых важных частей плазмы является электрический ток. Поскольку плазма состоит из ионизованных атомов и свободных электронов, в том числе и голых атомных ядер электрические и магнитные поля можно разделить, переместить, и разогнать эти частицы до невероятных скоростей. Движение заряженных частиц создает электрический ток, А в одном из этих намагниченных средах, эти токи будут сжаты в тонкие слои или листьев, которые скручиваются и полностью из плазмы. Самый крупный из этих течений в нашей Солнечной системе солнце и известен как гелиосферного токового слоя. Как толщина в 10 000 км, которая простирается за орбитой Плутона во всех направлениях.
Долгое время считалось, что эти тонкие токовые слои не надо сильно ограничить скорость, с которой магнитные силовые линии могут расходиться и присоединтся; как и предсказывали теоретические расчеты. Но физика не только экспериментальная и точная наука, и наши наблюдения ясно показали, что разъединение и пересоединение происходит быстрее, чем предсказывает уравнение. Группа физиков в лаборатории физики плазмы Принстонского университета, под руководством Луки, Comisso провели серию лабораторных тестов, которые показали, что решение все это время было перед нами: лист плазме не является постоянным и однородным, форма, может быть разделена на маленькие острова, каждый со своими магнитными свойствами. Это представление о “нестабильности плазмоид”.
Этой идее уже несколько лет, но большая заслуга команды, Comisso в том, что они сумели впервые четко определить количественные характеристики неустойчивости плазменного сгустка, что приводит к быстрому магнитного пересоединения в реальных ситуациях. Интересно, что он основан на одной из самых старых физических принципах, возвращение на ферму (так сказать, теорема последняя Ферма) в 1600 лет, принцип наименьшего времени. Вот как это выглядит:
Большой лист нынешнее поведение, предсказанное старым наивным модель: непрерывный, уникальным способом, в котором магнитное поле ограничено. Во многих аспектах он похож на тонкий лист фанеры.
В равномерности, есть незначительные отклонения и начинают формироваться и расти нестабильность плазмоид, с равномерной и линейной скорости. А если на фанеру применил немного силы и полной кривых реакции.
Снаружи магнитные свойства продолжают меняться Солнца вращается система Земля — солнце переходит из ночи в день, заменяется на конфигурацию поля, и т. д. — нестабильность, с другой стороны, меньше, чем раньше. А если увеличить усилие, прилагаемое для дерева, гарантируя, что он будет сгибаться более резкое, но вместо этого он только поддерживает Напряжение В структуре материи. Это пример накопленной потенциальной энергии.
Наконец, магнитные свойства изменяются таким образом, что нестабильность будет гораздо более последовательным настроен, если очередь движется быстро и присоединится. Именно здесь линии поля разбиты и присоединяется быстрее, чем предсказывали любые другие модели. Это похоже на то, что лист фанеры сломана пополам, освободить накопившуюся энергию.
Красота данного исследования состоит из двух частей: новая предсказательная способность и удивительные уроки, которые были извлечены. А теперь что мы можем сделать прогнозы? Как долго это “второй этап” в формате неустойчивостей плазменного сгустка и какими темпами и до каких размеров они растут. Модель, которая физически воспроизводит экспериментов и наблюдений, это всегда хорошо. Но команда исследователей также обнаружила некоторые интересные моменты. Существует четыре количествах, которые растут и меняются с течением времени (например, количество плазмоидов и как долго это берет, чтобы достигнуть критической точки подключения), и эти три ценности, на которых оно основано (например, размеры исходной шероховатости). В отличие от большинства физических законов, которые являются степенными (т. е., х пропорциональна Y в определенной степени), эти зависимости не являются. Этого никто не ожидал.
Если вы когда-нибудь задумывались, откуда берутся солнечные вспышки и как они кинули так быстро, ответ кроется в магнитное пересоединение. Мы заметили, впервые, и теперь вы можете предсказать с точностью, как этого явления не только качественно, но и количественно.
Физика плазмы решали загадку с ультра-быстрой солнечных вспышек
Илья Хель