Рубрики
Кaк Зeмля и мнoжeствo другиx мирoв, Сoлнцe имeeт мaгнитнoe пoлe, кoтoрoe прoнизывaeт всe eгo внутрeннoсти, и прoстирaeтся дaлeкo зa прeдeлы eгo пoвeрxнoсти. Этo пoлe, выскaкивaeт нa пoвeрxнoсть, инoгдa пoявились в пeтли и другиe слoжныe структуры. Плaзмa-иoнизирoвaнный-этo вeщeствo, кoтoрoe мoжнo нaйти нa сoлнцe — чaстo слeдуeт эти мaгнитныe структуры. Нo инoгдa, oни пoчти всeгдa тесно связаны линии поля сходятся и быстро пересоединяются, в результате чего частицы текут наружу с невероятной скоростью. Скорость подключения всегда оставалось загадкой, потому что они не отвечают уравнений. Объяснение изобретают лет; ни один из них не был удовлетворительным. Тем не менее, новая теория развития, наука плазмоидной нестабильности, видимо, решил загадку.
Пересоединение магнитного происходит не только Солнца, но и в различных других астрофизических и земных явлений. Когда заряженные частицы, летящие от Солнца, в наш мир, и тогда слить в магнитном поле Земли, образуя полярные сияния, это происходит из-за магнитного пересоединения. Когда в межзвездном пространстве является турбулентной плазмы, магнитного пересоединения нагревает электроны; этот же механизм может также стоять за мощные гамма-всплески. И здесь, на Земле, мы можем проводить эксперименты в лаборатории не только для изучения самого явления, но и его последствия, например, при горячей плазмы в центре смешивается с более холодной внешней плазменным ближе к стенам магнитном термоядерном реакторе.
С точки зрения физики это довольно просто:
- У нас есть магнитное поле, произведенное из любого количества магнитов.
- Переносим эти магниты в различных конфигурациях, по отношению друг к другу.
- Видя, как линии разделяют в определенных местах и пересоединяются в другие, при изменении поля.
Вот! Пересоединение магнитного. Благодаря серии космических исследований, мы были в состоянии наблюдать и подтвердить явление пересоединения магнитного твердо, как по выпуску солнечных вспышек, и в полярных сияниях на Земле.
Но дьявол кроется в деталях, как говорится.
Для астрофизических одним из самых важных компонентов плазмы является электрический ток. Поскольку плазма состоит из ионизованных атомов и свободных электронов, в том числе обнаженные атомные ядра, электрические и магнитные поля могут отделить, двигаться и разгонять эти частицы до невероятных скоростей. В движение заряженные частицы создают электрические токи, и в один из этих намагниченных средах эти потоки сжимаются в тонкие слои или листы, — что они скручены и полностью вне плазмы. Самый большой из этих течений в нашей Солнечной системе рождается Солнце, и знал, как гелиосферный токовый слой. Будучи толщиной 10 000 километров, простирается за орбитой Плутона во всех направлениях.
Долгое время считалось, что эти тонкие текущей слои необходимы для того, чтобы сильно ограничить скорость, с которой магнитные силовые линии могут расходиться и пересоединяться; таким образом, ожидается, теоретические расчеты. Но физика не только экспериментальная и точная наука, и наши наблюдения показали однозначно, что разделение и повторное подключение происходит быстрее, чем ожидалось, из уравнения. Группа физиков из Лаборатории физики плазмы Принстонского университета, под руководством Луки Комиссо провели серию лабораторных тестов, которые показали, что решение все это время мы имели перед глазами: слой плазмы не является постоянной, однородной формы, можно разделить в малые острова, каждый с свои магнитные свойства. Вот в чем заключается идея «плазмоидной нестабильности».
Эта идея уже несколько лет, но большая заслуга команды Комиссо является то, что они были не в состоянии — в первый раз — точно определить, какие свойства плазмоидной нестабильности, которые приводят к быстрому магнитное пересоединение в реальных ситуациях. Как ни странно, в ее основе находится один из самых старых физических принципах, восходящих еще на Ферме (т. е. теоремы Ферма) в 1600, принцип наименьшего времени. Вот как это выглядит:
Большой лист ток ведет себя так, как он сказал, что старая наивная модель: как продолжается, в том виде, в котором это ограниченное магнитное поле. Во многом похож на тонкий лист фанеры.
В однородности происходят незначительные отклонения и начинают формироваться и расти плазмоидные нестабильности с сообщениями, линейная скорость. Как если в фанера применяется небольшое усилие и кусок бумаги, сложенный в ответ.
Поскольку внешние магнитные свойства продолжают меняться — Солнце вращается система Земля — Солнце переходит из ночи в день, меняется конфигурация поля, и т. д. — нестабильность меняются меньше, чем раньше. Как при увеличении силы, приложенной к фанере, ожидая, что она гнется сильнее, но вместо этого она просто держит напряжение в структуре материала. Это пример хранимой, потенциальная энергия.
Наконец, магнитные свойства изменяются настолько, что нестабильность будет гораздо более стабильным, настроены, если линии движутся быстро и пересоединятся. Здесь, что линии поля разбиты и пересоединяются быстрее, чем погода в любой другой модели. Это похоже на то, чтобы лист фанеры ломает пополам, выпуская накопленную энергию.
Красота этого исследования имеет два аспекта: во вновь обретенной предсказательной силой и удивительные уроки, которые были извлечены. Что сейчас можно делать прогнозы? Сколько длится «фаза два», так как образуется плазмоидных нестабильности и какими темпами и до каких размеров они вырастут. Модель, которая физически воспроизводит экспериментов и наблюдений, это всегда хорошо. Но команда ученых также обнаружила некоторые интересные вещи. Есть четыре значения, которые растут или меняются со временем (как числа плазмы, и сколько времени нужно, чтобы достичь критической стадии подключения), и три величины, на которые они опираются (как и первоначальные размеры, шероховатость). В отличие от большинства физических законов, которые являются степенными (т. е. x пропорционально y в некоторой степени), эти зависимости не являются. Этого никто не ожидал.
Если вы когда-нибудь задумывались, откуда берутся вспышки на солнце и как они выбрасываются так быстро, ответ магнитном пересоединении. В первый раз мы это поняли и теперь не в состоянии предсказать, как именно работает это явление не только качественно, но и количественно.
Физика плазмы головоломка будет решена, сверхбыстрый солнечных вспышек
Илья Хель