• РЕГИСТРАЦИЯ

Физики плазмы решили загадку сверхбыстрых солнечных вспышек

11 2417

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

    Почему в Европе не едят гречку?

    Самым распространенным ответом на этот вопрос можно встретить примерно такой: "гречка не нравится им по вкусу, они к нему не привыкли и по этому кормят гречкой скот". Один из гидов в ...

    «Сверхдержава» в кредит

    Пословица не случайно гласит: «Хорошо там, где нас нет». Людям всегда не нравится то, что у них есть и всегда хочется заменить имеющееся, чем-то иным.Сегодня в массах популярны рассужде...

    "Послание Путина" услышали в Париже и Лондоне: Важнейшие учебные центры разнесло в щепки, офицеры убиты в первый же день

    Русская армия активно бьет по целям в тылах противника. На воздух взлетели склады, доверху забитые боеприпасами. Натовские инструкторы не успели сойти с поезда, как были уничтожены приц...

    Ваш комментарий сохранен и будет опубликован сразу после вашей авторизации.

    0 новых комментариев

      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...
      339
      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...
      900
      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 ...
      766
      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...
      829
      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...
      734
      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 ...
      487
      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...
      1461
      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...
      1033
      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...
      272
      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...
      632
      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...
      679
      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...
      739
      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 ...
      1087
      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...
      1554
      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...
      368
      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...
      1991
      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...
      722
      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...
      844
      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, ...
      1086
      Служба поддержи

      Яндекс.Метрика