Hva er morsommere enn noe som ikke oppfører seg? Når det gjelder solcelledynamikk, vet vi mye, men det er mange ting vi ennå ikke forstår. For eksempel, når en partikkelfylt sollys blusser ut fra solen, kan magnetfeltlinjene gjøre noen ganske uventede ting - som å dele seg fra hverandre og deretter raskt koble seg til igjen. I følge fluksfrysestoratet skal disse magnetiske linjene ganske enkelt "flyte bort i låsetrinn" med partiklene. De skal holde seg intakte, men det gjør de ikke. Det er ikke bare en enkel regel de bryter ... det er en fysikklov.
Hva kan forklare det? I en artikkel publisert i 23. mai-utgaven av “Nature”, kan et tverrfaglig forskerteam ledet av en matematisk fysiker fra Johns Hopkins bare ha funnet en sannsynlig forklaring. I følge gruppen er den underliggende faktoren turbulens - "den samme typen voldsforstyrrelse som kan slå en passasjerjet når den oppstår i atmosfæren" - eller den broren din etterlater seg etter at han har spist bakte bønner. Ved å benytte seg av en godt organisert og logisk konstruert datamodelleringsteknikk, kunne forskerne simulere hva som skjer når magnetfeltlinjer møter turbulens i en solfakkel. Bevæpnet med denne informasjonen, var de da i stand til å uttale seg.
“Den fluxfrysende teorem forklarer ofte ting vakkert,” sa Gregory Eyink, en professor i matematikk og statistikk som var hovedforfatter av studien “Natur”. “Men i andre tilfeller mislykkes det elendig. Vi ønsket å finne ut hvorfor denne feilen oppstår. ”
Hva er den fluxfrysende teorem? Kanskje har du hørt om Hannes Alfvén. Han var en svensk elektrisk ingeniør, plasmafysiker og vinner av Nobelprisen i fysikk 1970 for sitt arbeid med magnetohydrodynamikk (MHD). Han er mannen som er ansvarlig for å forklare det vi nå vet som Alfvén-bølger - en lavfrekvent vandrende svingning av ionene og magnetfeltet i plasma. For rundt 70 år siden kom han på tanken om at magnetiske kraftlinjer seiler langs en lokomotivvæske som ligner trådstykker som strømmer langs en bekk. Det skal være umulig for dem å bryte og deretter bli med igjen. Imidlertid har solfysikere oppdaget at dette bare ikke er tilfelle når det gjelder aktivitet innenfor en spesielt voldsom soloppblussing. I sine observasjoner har de bestemt at magnetfeltlinjene innenfor disse faklene kan strekke seg til bristepunktet og deretter koble seg på igjen på en overraskende rask tid - så lite som 15 minutter. Når dette skjer, bortvises det en rikelig mengde energi som igjen styrker fakkelet.
"Men flussfrysingsprinsippet i moderne plasmafysikk innebærer at denne prosessen i solcoronaen bør ta en million år!" Eyink opplyser animert. "Et stort problem innen astrofysikk er at ingen kunne forklare hvorfor fluksfrysing virker i noen tilfeller, men ikke andre."
Selvfølgelig har det alltid vært spekulasjoner om at turbulens kan ha vært rotkilden til den gåtefulle oppførselen. På tide med etterforskning? Det kan du vedde på. Eyink slo seg deretter sammen - og sinn - med andre eksperter innen astrofysikk, maskinteknikk, datastyring og informatikk, basert på Johns Hopkins og andre institusjoner. "Dette var nødvendigvis et veldig samarbeid," sa Eyink. “Alle bidro med sin kompetanse. Ingen mennesker kunne ha oppnådd dette. ”
Det neste trinnet var å lage en datamaskinsimulering - en simulering som kunne duplisere plasmatilstanden for solbrennaktivitet og alle nyansene de ladede partiklene gjennomgår under forskjellige forhold. "Svaret vårt var veldig overraskende," uttalte Eyink. “Magnetisk fluksfrysing stemmer ikke lenger når plasmaet blir turbulent. De fleste fysikere forventet at fluksfrysing ville spille en enda større rolle etter hvert som plasmaet ble mer ledende og mer turbulent, men faktisk bryter det helt ned. I en enda større overraskelse fant vi ut at bevegelsen til magnetfeltlinjene blir helt tilfeldig. Jeg mener ikke ‘kaotisk’, men i stedet like uforutsigbar som kvantemekanikk. I stedet for å flyte på en ryddig, deterministisk måte, sprer magnetfeltlinjene seg i stedet som en roiling av røyk. "
Selvfølgelig mener andre soleksperter at det kan være alternative svar for denne regelbrytende aktiviteten innen solfakkel, men som Eyink sier: "Jeg tror vi har laget en ganske overbevisende sak om at turbulens alene kan gjøre rede for feltlinjebrudd."
Det som er mest spennende er samarbeidsinnsatsen til teammedlemmene fra så vidt varierte fagfelt. Det var en gruppeinnsats som hjalp Eyink til å komme med denne nye teorien om solens flare gåte. "Vi brukte banebrytende nye databasemetoder, som de som er brukt i Sloan Digital Sky Survey, kombinert med høyytelsesdatateknikker og original matematisk utvikling," sa han. "Arbeidet krevde et perfekt ekteskap mellom fysikk, matematikk og informatikk for å utvikle en grunnleggende ny tilnærming til å utføre forskning med veldig store datasett."
Avslutningsvis bemerket Eyink at denne typen forskningsarbeid meget godt kan gi oss en bedre forståelse av solfakkel og utspring av koronale masser. Som vi vet, kan denne typen farlig "romvær" være skadelig for astronauter, forstyrre kommunikasjonssatellitter og til og med være ansvarlig for stenging av elektriske kraftnett på jorden. Og du vet hva det betyr ... ingen satellitt-TV og ingen krefter til å se på den. Men det er O.K.
"Jeg blir ikke sent ute. Ikke bry deg om å gå. Jeg er hjemme om åtte ... Bare meg og radioen min. Gjør deg ikke feil. Savin 'min kjærlighet til deg. "
Original historiekilde: Johns Hopkins University News Release.
