• РЕГИСТРАЦИЯ

Физики плазмы решили загадку сверхбыстрых солнечных вспышек

11 2438

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

    Они ТАМ есть! Но есть ВЫ!

    Меньшая часть подписчиков — таких же обычных людей, как и все русские, — действительно воспринимает чужую боль, чужое несчастье как своё. Это не значит, что одни — правильные и хорошие,...

    Фотографии Чернобыльской зоны отчуждения, сделанные сталкерами в наши дни

    Реактор Чернобыльской АЭС Реактор в день катастрофыПредставленный снимок является единственным уцелевшим изображением реактора в день после происшествия. Фотография сделана 26 апреля ...

    Ваш комментарий сохранен и будет опубликован сразу после вашей авторизации.

    0 новых комментариев

      JeDi 24 апреля 14:54

      Не фантастика: сможет ли ИИ заменить врачей и учителей

      Авторы Telegram-канала «Орда» в свойственной ироничной манере поделились мнением о перспективах искусственного интеллекта.  «Дорогие друзья, не знаем, почему так происходит, но каждый раз, когда речь заходит о более широком внедрении (условного) искусственного интеллекта в сферы деятельности, которые до этого считались сугубо человеческим...
      323
      JeDi 16 апреля 11:02

      В Китае внезапно скончались ключевые учёные по ИИ

      В Китае начали внезапно умирать молодые учёные, совершившие важные открытия в области искусственного интеллекта, военной и медицинской сферах — South China Morning Post. «Издание составило список ведущих ученых в области ИИ, которые умерли в относительно молодом возрасте, большинство из них были на пике своей карьеры и сделали открытия в ключевых об...
      973
      JeDi 15 апреля 13:53

      Квантовые ключи против хакеров: почему будущее шифрования — за фотонами

      14 апреля, отмечается Всемирный квантовый день — и это отличный повод задуматься: насколько наши данные защищены в эпоху квантовых компьютеров? Могут ли хакеры взломать методы криптографической защиты? Разбираемся с заведующим лабораторией элементной базы квантовых коммуникаций НИТУ МИСИС Романом Шаховым, какие технологии спасут цифровую безопасность в бл...
      318
      JeDi 14 апреля 19:34

      Почему вместо отделения от МКС был выбран проект станции РОС

      23 марта 2001 года была контролируемо сведена с орбиты и затоплена советская орбитальная станция «Мир» из-за высокой стоимости ремонта и обслуживания, вызванных выработкой ресурса. Взамен было принято решение сосредоточиться на международном сотрудничестве в рамках МКС. Было ли оно верным? «Юра, прости нас» «Мир» был перво...
      1038
      JeDi 13 апреля 21:14

      Почему полюс вращения Земли может сместиться в ближайшее время

      Давно известно, что магнитные полюса нашей планеты находятся в движении, и смещаются с достаточно высокой скоростью. Но полюса вращения всегда казались довольно стабильными. Теперь же, похоже, что они могут изменить свое положение. Причиной тому ученые называют стремительное изменение климата. Похоже, что они приводят к последствиям, которые выходят далеко за пределы ...
      2167
      JeDi 13 апреля 19:18

      Что даст России новая орбитальная станция?

      12 апреля, в День космонавтики, стоит вспомнить не только великое прошлое советской космической программы, но и то, какие перспективы сегодня стоят перед Россией в космосе. Ближайшая из них – строительство собственной орбитальной станции вместо скоро уходящей в историю МКС. Какой она будет и что даст нашей стране? Времена Международной космической станц...
      703
      JeDi 12 апреля 16:48

      Последствия «могут быть фатальными»: Россия намерена разместить ядерное оружие в космосе — генсек НАТО

      Россия намерена разместить ядерное оружие в космосе, заявил генсек НАТО. «Россия, по-видимому, изучает возможность размещения в космосе ядерного оружия, способного одним махом уничтожить сотни спутников», — жалуется Рютте. По его словам, такой шаг станет нарушением «Договора о космосе» 1967 года. Он заявляет, что это очень тр...
      460
      JeDi 10 апреля 12:45

      Обратная сторона информационных технологий

      Кажется, это было вчера. Я ловко гонял костяшки на счетах, крутил арифмометр, пользовался логарифмической линейкой. Потом были калькуляторы, вычислительные машины серии ЕС величиной с огромный зал, серии СМ — поменьше и послабее. Перфокарты, перфоленты, магнитные ленты, первые магнитные диски. Идея персонального компьютера витала в воздухе: то операционну...
      814
      JeDi 9 апреля 12:54

      Хакеры могут взломать медицинское оборудование и дистанционно убить человека

      «Швейцарские эксперты предупреждают, что больничные аппараты могут быть превращены в орудия убийства, если кибер-хакеры захватят контроль над кардиостимуляторами, инсулиновыми помпами и капельницами с болеутоляющими препаратами»: Новая пугалка западных обывателей — хакеры могут взломать медицинское оборудование и дистанционно убить человека. &...
      234
      JeDi 6 апреля 19:46

      Китай вводит обязательную маркировку всего ИИ-контента в интернете

      Китай ужесточает регулирование искусственного интеллекта: с теперь весь сгенерированный ИИ контент в интернете должен быть соответствующим образом промаркирован. Новые правила, разработанные Государственным управлением киберпространства КНР (CAC) совместно с другими ведомствами, обязывают платформы и пользователей явно указывать, что материал создан с помощью алго...
      399
      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...
      351
      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...
      318
      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...
      917
      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 ...
      783
      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...
      846
      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...
      751
      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 ...
      508
      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...
      1491
      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...
      1056
      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...
      287
      Служба поддержи

      Яндекс.Метрика