• РЕГИСТРАЦИЯ

Физики плазмы решили загадку сверхбыстрых солнечных вспышек

11 2421

Подобно Земле и множеству других миров, Солнце обладает магнитным полем, которое пронизывает все его недра и простирается далеко за пределами его поверхности. Это поле скачет по поверхности, иногда сворачиваясь в петли и другие сложные структуры. Плазма — ионизированное вещество, которое можно найти на солнце — часто следует этим магнитным структурам. Но иногда эти почти всегда тесно связанные линии поля сходятся и быстро пересоединяются, в результате чего частицы текут наружу с невероятной скоростью. Скорость пересоединения всегда оставалась загадкой, поскольку не соответствовала уравнениям. Объяснения придумывали годами; ни одно из них не было удовлетворительным. Однако новая теоретическая разработка, наука плазмоидной нестабильности, похоже, разрешила загадку.

 

Магнитное пересоединение происходит не только на Солнце, но также в других разнообразных астрофизических и земных явлениях. Когда заряженные частицы летят от Солнца к нашему миру и затем стекают в магнитное поле Земли, образуя полярные сияния, это происходит из-за магнитного пересоединения. Когда в межзвездном пространстве находится турбулентная плазма, магнитное пересоединение разогревает электроны; этот же механизм может даже стоять за мощными гамма-всплесками. И здесь, на Земле, мы можем провести лабораторные эксперименты не только чтобы изучить само явления, но и его последствия, например, когда горячая плазма в центре смешивается с более холодной внешней плазмой ближе к стенкам в магнитном термоядерном реакторе.

С точки зрения физики все довольно просто:

  • Имеем магнитное поле, созданное любым числом стержневых магнитов.
  • Перемещаем эти магниты в разных конфигурациях относительно друг друга.
  • Наблюдаем, как линии разъединяются в определенных местах и пересоединяются в других, когда меняются поля.

Вот оно! Магнитное пересоединение. Благодаря серии космических исследований, мы смогли наблюдать и подтвердить явление магнитное пересоединения вполне твердо, как в выбросе солнечных вспышек, так и в полярных сияниях на Земле.

Но дьявол кроется в деталях, как говорится.

Для астрофизиков одной из самых важных деталей плазмы является электрический ток. Поскольку плазма состоит из ионизированных атомов и свободных электронов, включая голые атомные ядра, электрические и магнитные поля могут разделять, двигать и разгонять эти частицы до невероятной скорости. Движущиеся заряженные частицы создают электрические токи, и в одной из таких намагниченных сред эти токи сжимаются в тонкие слои — или листы — которые закручиваются и полностью выходят из плазмы. Крупнейший из таких токов в нашей Солнечной системе рождается Солнцем и известен как гелиосферный токовый слой. Будучи толщиной в 10 000 километров, он простирается за орбиту Плутона во всех направлениях.

Долгое время считалось, что эти тонкие токовые слои необходимы, чтобы сильно ограничить скорость, с которой линии магнитного поля могут расходиться и пересоединяться; так предсказывали теоретические расчеты. Но физика не просто так экспериментальная и точная наука, и наши наблюдения недвусмысленно показали, что разделение и пересоединение происходит быстрее, чем предсказывали уравнения. Группа физиков из Лаборатории физики плазмы Принстона под руководством Луки Комиссо провела серию лабораторных испытаний, которые показали, что решение все это время было у нас перед глазами: лист плазмы — это не постоянная, однородная форма, она может разбиваться на небольшие островки, каждый со своими собственными магнитными свойствами. Вот в чем заключается идея «плазмоидной нестабильности».

Этой идее уже несколько лет, но большой заслугой команды Комиссо является то, что они смогли — впервые — точно определить количественные свойства плазмоидной нестабильности, которые приводят к быстрому магнитному пересоединению в реальных ситуациях. Как ни странно, в ее основе лежит один из старейших физических принципов, восходящих еще к Ферма (а именно к последней теореме Ферма) в 1600-е годы, принципу наименьшего времени. Вот как это выглядит:

Большой лист тока ведет себя как предсказывала старая наивная модель: как непрерывная, единая форма, в которой ограничено магнитное поле. Во многих отношениях он похож на тонкий лист фанеры.

В однородности возникают незначительные девиации и начинают образовываться и расти плазмоидные нестабильности с единой, линейной скоростью. Как будто к фанере применяется небольшая сила и лист изгибается в ответ.

Поскольку внешние магнитные свойства продолжают меняться — Солнце вращается, система Земля — Солнце переходит из ночи в день, сменяется конфигурация поля и т. д. — нестабильности меняются меньше, чем делали это прежде. Как будто вы увеличиваете применяемую силу к фанере, ожидая, что она будет изгибаться сильнее, но вместо этого она просто удерживает напряжение в структуре материала. Это пример хранимой, потенциальной энергии.

Наконец, магнитные свойства меняются настолько, что нестабильности будут гораздо более стабильно сконфигурированы, если силовые линии быстро сместятся и пересоединятся. Именно здесь линии поля разбиваются и пересоединяются быстрее, чем прогнозировала любая другая модель. Это сродни тому, что лист фанеры ломается пополам, выпуская накопленную энергию.

Красота этого исследования имеет два аспекта: в новообретенной предсказательной силе и в удивительных уроках, которые были извлечены. Какие теперь можно делать прогнозы? Сколько длится «фаза два», сколько образуется плазмоидных нестабильностей и в каком темпе и до каких размеров они будут расти. Модель, которая физически воспроизводит эксперименты и наблюдения, это всегда хорошо. Но команда ученых также обнаружила несколько интересных моментов. Есть четыре величины, которые растут или меняются со временем (вроде числа плазмоидов и сколько времени им нужно для достижения критической фазы пересоединения), и три величины, на которые они опираются (вроде размеров изначальных шероховатостей). В отличие от большинства физических законов, которые являются степенными (то есть х пропорционален y в некоторой степени), эти зависимости таковыми не являются. Такого никто не ожидал.

Если вы когда-нибудь задавались вопросом, откуда берутся солнечные вспышки и как они выбрасываются так быстро, ответ заключается в магнитном пересоединении. Мы впервые поняли и теперь можем точно предсказать, как работает это явление не только качественно, но и количественно.

Источник

Будущее - это технологии

    Китайские стратегии по управлению кочевыми соседями

    Моя статья на данную тему была опубликована в Древнейшие государства Восточной Европы 2015 год. (Экономические системы Евразии в раннее Средневековье), ИВИ РАН - Университет Дмитрия Пожарского, М...

    Ваш комментарий сохранен и будет опубликован сразу после вашей авторизации.

    0 новых комментариев
    :bowtie: :smile: :laughing: :blush: :smiley: :relaxed: :smirk: :heart_eyes: :kissing_heart: :kissing_closed_eyes: :flushed: :relieved: :satisfied: :grin: :wink: :stuck_out_tongue_winking_eye: :stuck_out_tongue_closed_eyes: :grinning: :kissing: :kissing_smiling_eyes: :stuck_out_tongue: :sleeping: :worried: :frowning: :anguished: :open_mouth: :grimacing: :confused: :hushed: :expressionless: :unamused: :sweat_smile: :sweat: :disappointed_relieved: :weary: :pensive: :disappointed: :confounded: :fearful: :cold_sweat: :persevere: :cry: :sob: :joy: :astonished: :scream: :neckbeard: :tired_face: :angry: :rage: :triumph: :sleepy: :yum: :mask: :sunglasses: :dizzy_face: :imp: :smiling_imp: :neutral_face: :no_mouth: :innocent: :alien: :yellow_heart: :blue_heart: :purple_heart: :heart: :green_heart: :broken_heart: :heartbeat: :heartpulse: :two_hearts: :revolving_hearts: :cupid: :sparkling_heart: :sparkles: :star: :star2: :dizzy: :boom: :collision: :anger: :exclamation: :question: :grey_exclamation: :grey_question: :zzz: :dash: :sweat_drops: :notes: :musical_note: :fire: :shit: :thumbsup: :thumbsup: :-1: :thumbsdown: :ok_hand: :punch: :facepunch: :fist: :v: :wave: :hand: :raised_hand: :open_hands: :point_up: :point_down: :point_left: :point_right: :raised_hands: :pray: :point_up_2: :clap: :muscle: :metal: :fu: :runner: :running: :couple: :family: :dancer: :dancers: :ok_woman: :no_good: :information_desk_person: :raising_hand: :bride_with_veil: :person_with_pouting_face: :person_frowning: :bow: :couplekiss: :couple_with_heart: :massage: :haircut: :nail_care: :boy: :girl: :woman: :man: :baby: :older_woman: :older_man: :person_with_blond_hair: :man_with_gua_pi_mao: :man_with_turban: :construction_worker: :cop: :angel: :princess: :smiley_cat: :smile_cat: :heart_eyes_cat: :kissing_cat: :smirk_cat: :scream_cat: :crying_cat_face: :joy_cat: :pouting_cat: :japanese_ogre: :japanese_goblin: :see_no_evil: :hear_no_evil: :speak_no_evil: :guardsman: :skull: :feet: :lips: :kiss: :droplet: :ear: :eyes: :nose: :tongue: :love_letter: :bust_in_silhouette: :busts_in_silhouette: :speech_balloon: :thought_balloon: :feelsgood: :finnadie: :goberserk: :godmode: :hurtrealbad: :rage1: :rage2: :rage3: :rage4: :suspect: :trollface:
    Пишите здесь

      • Ambidex
      • 16 декабря 2016 г. 17:56
      Как специалист, не верю. Шаг сделан, но основная ошибка связанна
      с математическим аппаратом, слишком много анализа
      (и такой чисто математической абстракции как бесконечность).
      Это дискретная (турбулентность) по своей природе задача,
      но ее сложно решать непрерывными методами.
      Число частиц велико, да и физики уже не те.
      Эмпирика тут уже не дает результатов. Пример квантовая механика.
      Нужны механики (газо-жидкостные, особенно со знанием компьютерной алгебры)
      и у них хотя бы есть идеология.
        • нимс → bya965
        • 16 декабря 2016 г. 18:26
        Частично может и верно, но не объясняет ряд моментов..Скорее эта теория следствие более фундаментальной..
        Сняли данные, подогнали, опа и "новая теория" готова..
        Интересно, частицы на Солнце движутся с огромными скоростями или колеблются и движутся с много меньшими скоростями , передавая ток???
        Меня эта фраза озадачила:"Движущиеся заряженные частицы создают электрические токи,"
        • rst → bya965
        • 16 декабря 2016 г. 20:05
        Вот пришла аналогия - кавитация, не в буквальном смысле конечно. .
        • rst → нимс
        • 16 декабря 2016 г. 20:09
        А почему? Ведь электрический ток это и есть движущийся заряд. А еще с времен Тесла табу, на заряд космических тел. Аналог генератор Ван де Граафа. По-любому приходит заряд к шарику.
      • Раскрыть ветку
      • rst
      • 16 декабря 2016 г. 18:34
      Да, только одно но, рассказ как будто силовые линии магнитного поля это физическая реальность. Да как своего рода абстракция, такое описание можно принять, но что там происходит на самом деле тайна покрытая мраком.
        • Ambidex → rst
        • 17 декабря 2016 г. 3:27
        Физики везде ищут свое физическое понимание.Вот и придумали силовые линии. А надо тупо использовать математический аппарат и красивые простые по постановке эксперименты.
        Пример из жизни. Пошел я как то с физиками посидеть, ну пока поляну накрывают, кто курит (я никогда не курил и никому не советую), кто просто на улице, погода класс. Тут от нечего делать один уже в годах задает типа олимпиадную задачу.
        Весы, уравновешенны, на одной стороны чаша с водой, на другой гиря. Что произойдет, если в воду чаши немного опустить человеческий палец?
        Пипец, народ (все канд. докт.) то подымится, то останется, то опуститься. Все ищут какие физические аналоги (закон Архимеда, например), прототипы и т.д. А надо просто тупо прикинуть силу, которая складывается от интеграла по площади от давления. Чаша с водою станет сразу тяжелее.

        Еще пример. Возьмем гироскоп https://youtu.be/505p2Pe69Lk или "эффект Джанибекова". Я задаю физикам, объясните сей эксперимент. Начинайся ... У меня среди много друзей и многих я уважаю как ученых.
        Правильный ответ. Три закона Ньютона и больше ничего + математика для связи этих законов с экспериментом.
    • Брехня
      JeDi 15 марта 18:47

      Обгоняет ли Китай Соединенные Штаты в космосе?

      Долгое время доминирующие в космической сфере США теперь сталкиваются с растущей конкуренцией со стороны Китая, который активно наращивает свои космические возможности. Технологические достижения Китая, особенно в таких стратегических областях, как дозаправка спутников на орбите и разработка стелс-технологий, ставят под вопрос лидерство США в космосе. Эти измен...
      340
      JeDi 13 марта 17:45

      Как США будет использовать искусственный интеллект в войнах будущего

      В США всерьёз задумались над тем, как можно использовать искусственный интеллект с максимальной эффективностью. Так появился проект «Convergence», позволяющий на передовом уровне применять высокие технологии в войнах будущего. Намерениями американцев уже заинтересовались в Москве и Пекине. Надёжный союзник В пустыне штата Аризона на испытатель...
      311
      JeDi 7 марта 20:53

      Starship снова взорвалась: проблемы с Block 2 продолжаются

      7 марта 2025 года компания SpaceX провела восьмой испытательный полет ракеты Starship. Однако миссия завершилась неудачей: через несколько минут после старта ракета взорвалась. Это уже второй подобный инцидент за последние несколько месяцев, что указывает на сохраняющиеся проблемы с конструкцией и системами ракеты. Неудачный старт и повторение прошлых ошибок...
      901
      JeDi 5 марта 10:55

      Как ИИ в США заходит в тупик, или Почему Вашингтону нужен диалог с Москвой

      Константин Церазов — о проблемах США в сфере искусственного интеллекта (и не только) из-за "зеленой" повестки Глава Минэнерго США Крис Райт сравнил развитие технологий искусственного интеллекта (ИИ) с Манхэттенским проектом, участники которого занимались разработкой ядерного оружия. ИИ, действительно, это не просто тема для хайпа. Эта ...
      769
      JeDi 14 февраля 13:55

      Оптические диски и их история

      В общем доступе оптические компакт-диски появились в 1982 году, прототип увидел свет еще раньше — в 1979. Изначально компакты разрабатывали в качестве замены виниловым дискам, как более качественный и надежный носитель. Считается, что лазерные диски являются результатом совместной работы команд двух технологических корпораций — японской Sony и голландс...
      830
      JeDi 11 февраля 13:56

      В России разрабатывается плазменный двигатель, способный достичь Марса за 30 дней

      Недавно ученые Росатома объявили о разработке плазменного электрического ракетного двигателя — инновационной технологии, которая может произвести революцию в межпланетных путешествиях. По словам ученых, этот двигатель сможет доставить космический корабль на Марс всего за один-два месяца, что значительно сократит время полета по сравнению с традиционными м...
      737
      JeDi 10 февраля 20:55

      Суперкомпьютер El Capitan официально запущен для секретных задач США

      В Национальной лаборатории Лоуренса Ливермора (LLNL) в Калифорнии официально запущен самый быстрый суперкомпьютер в мире под названием El Capitan. Стоимость его создания составила 600 миллионов долларов. Этот суперкомпьютер будет использоваться для решения критически важных задач, включая обеспечение безопасности ядерного арсенала США, а также для исследований ...
      488
      JeDi 10 февраля 17:08

      Учёные обнаружили молекулярный «переключатель», способный обратить рак вспять

      Ученые совершили прорыв в лечении рака, обнаружив молекулярный «переключатель», который способен обратить развитие раковых клеток вспять. В отличие от традиционных методов лечения, направленных на уничтожение злокачественных клеток хирургическим путем, химиотерапией или радиотерапией, новый подход предполагает трансформацию раковых клеток обратно в здо...
      1465
      JeDi 6 февраля 17:49

      Почему забросили советский адронный коллайдер

      Запуск в 2008 году большого адронного коллайдера стал настоящим прорывом в науке, который ждали вот уже много лет. Однако мало кто знает, что эта научная революция могла произойти гораздо раньше, и не в Европе, а на отечественных просторах. А всё потому, что в Советском Союзе не просто существовал, но и был почти реализован проект ускорительно-накопительного компл...
      1035
      JeDi 6 февраля 14:35

      Google снимает запрет: теперь их ИИ можно использовать в военных целях

      Alphabet, материнская компания Google, недавно внесла серьезные изменения в свою этическую хартию, отменив некоторые обещания, данные несколько лет назад, в частности запрет на использование моделей искусственного интеллекта в военных целях. В 2018 году более 3 000 сотрудников Google протестовали против участия компании в Project Maven, программе военных исслед...
      273
      JeDi 2 февраля 19:38

      DeepSeek — прорыв или маркетинговый ход?

      Недавний отчёт аналитической компании SemiAnalysis проливает свет на истинные затраты, связанные с разработкой китайской языковой модели DeepSeek, опровергая ранее заявленные цифры. Первоначально сообщалось, что обучение модели обошлось всего в 5–6 миллионов долларов, что значительно ниже расходов западных технологических гигантов. Однако, согласно данным Se...
      637
      JeDi 1 февраля 10:54

      История загадочных содовых локомотивов

      Паровой локомотив, работающий на... соде? Звучит невероятно, но такие машины действительно существовали – пусть и на короткий период. Этот любопытный тип локомотива использовался как в Европе, так и в Америке, но не получил широкого распространения. В основе его конструкции лежал тот же принцип, что и у обычного паровоза, но вот способ нагрева воды был со...
      681
      JeDi 26 января 10:45

      Директор ЦРУ : НЛО обладают нечеловеческими технологиями

      Директор ЦРУ признает, что НЛО обладают нечеловеческими технологиями, от которых «мы не можем защититься» Директор ЦРУ Джон Рэтклифф выступил с ошеломляющим предупреждением о неопознанных воздушных явлениях (UAP), подтвердив, что они обладают передовыми технологиями, “от которых мы не можем защититься” и бросают вызов традицион...
      740
      JeDi 24 января 19:22

      Ученые поняли, чем была «вторая Луна» Земли

      Осенью 2024 года у Земли появилась «вторая Луна» — астероид 2024 PT5. Исследователи доказали, что объект прилетел с Луны, а не является космическим мусором. С сентября по ноябрь 2024 года у Земли была временная «вторая Луна» — астероид 2024 PT5 диаметром 10 метров. Его заметили 7 августа с помощью телескопа Сазерленда (Южная ...
      1091
      JeDi 23 января 14:50

      Китайское искусственное солнце побило рекорд по ядерному синтезу

      В поисках чистой, практически неограниченной и экологически чистой энергии сделан еще один шаг вперед благодаря впечатляющему научному достижению: китайский реактор EAST (Experimental Advanced Superconducting Tokamak) установил новый мировой рекорд, поддерживая сверхгорячую плазму в течение 1066 секунд, или почти восемнадцать минут. Достигнутый благодаря значитель...
      1556
      JeDi 19 января 10:43

      В США заблокировали TikTok

      Сервис также не отображается в магазине приложений Apple Сервис создания и просмотра коротких видео TikTok прекратил работу в США из-за запрета, введенного американскими властями, сообщает корреспондент ТАСС.   "Закон, запрещающий TikTok, вступил в силу в США. К сожалению, это означает, что вы пока не можете пользоваться TikTok", - говори...
      370
      JeDi 15 января 14:53

      Чем они опасны для здоровья Bluetooth-наушники

      С каждым годом в мире растёт популярность Bluetooth-наушников. Объясняется этот тем, что современные люди выбирают общение «без границ» – без рук и проводов. Это удобно и безопасно, но только не для здоровья. Как же такие аксессуары сказываются на организме пользователя?   Ближе к телу Беспроводные наушники – это источник ради...
      1993
      JeDi 12 января 20:05

      Украина начинает «гитлеровскую реформу образования» для рабов: старшеклассникам вдвое уменьшат количество обязательных предметов

      Украина начинает «гитлеровскую реформу образования» для рабов. Шокирующую реформу прокомментировал Кость Бондаренко — украинский историк, политолог, кандидат исторических наук, глава Фонда «Украинская политика». «Говорят, Герман Геринг как-то сказал: «Туземец на оккупированной территории должен обладать таким уровн...
      723
      JeDi 17 декабря 2024 г. 17:20

      «Был выброс крупного протуберанца в космос»: синоптики сообщили о накрывшей Землю магнитной буре

      Утром 17 декабря на Земле началась слабая магнитная буря класса G1, сообщил ведущий специалист центра погоды «Фобос» Михаил Леус. Причиной выброса энергии стало увеличение скорости и плотности солнечного ветра. В беседе с RT эксперты рассказали, что в связи с этим в некоторых местах Земли наблюдаются полярные сияния. Для того чтобы легче перенести бурю, вр...
      847
      JeDi 12 декабря 2024 г. 16:49

      Шокирующий отчет Apollo Research показал темную сторону ИИ

      Большие языковые модели (также называемые LLM) уже умеют скрытно добиваться своих целей путем лжи, обмана, манипуляций и саботажа, уходя от контроля и страхуясь от выключения. К сожалению, заголовок - не кликбейт, а экспериментальный результат исследования авторитетной команды серьезных исследователей признанной организации в области безопасности ИИ. О том, ...
      1091
      Служба поддержи

      Яндекс.Метрика