Wat is er leuker dan iets dat zich misdraagt? Als het gaat om zonnedynamica, weten we veel, maar er zijn veel dingen die we nog niet begrijpen. Wanneer bijvoorbeeld een met deeltjes gevulde zonnevlam uit de zon komt, kunnen de magnetische veldlijnen een aantal behoorlijk onverwachte dingen doen, zoals uiteenvallen en vervolgens snel opnieuw verbinden. Volgens de stelling van flux-bevriezing zouden deze magnetische lijnen eenvoudigweg "in lock-step" wegvloeien met de deeltjes. Ze moeten intact blijven, maar dat is niet zo. Het is niet alleen een simpele regel die ze overtreden ... het is een natuurkundige wet.
Wat kan dit verklaren? In een paper gepubliceerd in het nummer van 23 mei van "Nature", heeft een interdisciplinair onderzoeksteam onder leiding van een wiskundige natuurkundige van Johns Hopkins misschien wel een plausibele verklaring gevonden. Volgens de groep is de onderliggende factor turbulentie - 'hetzelfde soort gewelddadige stoornis dat een passagiersvliegtuig kan verdringen wanneer het in de atmosfeer voorkomt' - of datgene dat je broer achterlaat nadat hij gebakken bonen heeft gegeten. Door een goed georganiseerde en logisch geconstrueerde computermodelleringstechniek te gebruiken, konden de onderzoekers simuleren wat er gebeurt wanneer magnetische veldlijnen turbulentie ontmoeten in een zonnevlam. Gewapend met deze informatie konden ze vervolgens hun zaak uiteenzetten.
"De stelling van het invriezen van fluxen legt de dingen vaak prachtig uit", zegt Gregory Eyink, een professor Toegepaste Wiskunde en Statistiek die hoofdauteur was van de studie "Nature". 'Maar in andere gevallen mislukt het jammerlijk. We wilden erachter komen waarom dit falen zich voordoet. '
Wat is de stelling van fluxbevriezing precies? Misschien heb je gehoord van Hannes Alfvén. Hij was een Zweedse elektrotechnisch ingenieur, plasmafysicus en winnaar van de Nobelprijs voor de natuurkunde van 1970 voor zijn werk aan magnetohydrodynamica (MHD). Hij is de man die verantwoordelijk is voor het uitleggen van wat we nu kennen als Alfvén-golven - een laagfrequente reizende oscillatie van de ionen en het magnetische veld in plasma. Welnu, zo'n 70 jaar geleden kwam hij met de gedachte dat magnetische krachtlijnen langs een locomotiefvloeistof varen, vergelijkbaar met draadfragmenten die langs een stroom stromen. Het zou voor hen onmogelijk moeten zijn om te breken en weer lid te worden. Zonnefysici hebben echter ontdekt dat dit gewoon niet het geval is als het gaat om activiteit binnen een bijzonder gewelddadige zonnevlam. In hun waarnemingen hebben ze vastgesteld dat de magnetische veldlijnen binnen deze fakkels zich tot het breekpunt kunnen uitstrekken en vervolgens in een verrassend snelle tijd - slechts 15 minuten - opnieuw kunnen worden verbonden. Wanneer dit gebeurt, stoot het een grote hoeveelheid energie uit die op zijn beurt de overstraling aandrijft.
"Maar het flux-freezing-principe van de moderne plasmafysica houdt in dat dit proces in de zonnecorona een miljoen jaar in beslag zal nemen!" Eyink zegt geanimeerd. "Een groot probleem in de astrofysica is dat niemand kan uitleggen waarom flux-bevriezen in sommige gevallen wel werkt, maar in andere niet."
Er is natuurlijk altijd gespeculeerd dat turbulentie de bron zou kunnen zijn van het enigmatische gedrag. Tijd voor onderzoek? Zeker weten. Eyink bundelde vervolgens de krachten - en de geest - met andere experts in astrofysica, werktuigbouwkunde, gegevensbeheer en informatica, gevestigd bij Johns Hopkins en andere instellingen. 'Dit was noodzakelijkerwijs een zeer gezamenlijke inspanning', zei Eyink. “Iedereen droeg zijn expertise bij. Niemand had dit kunnen bereiken. '
De volgende stap was het maken van een computersimulatie - een simulatie die de plasmatoestand van zonnevlamactiviteit en alle nuances die de geladen deeltjes onder verschillende omstandigheden ondergaan, kan dupliceren. 'Ons antwoord was heel verrassend', zei Eyink. “Magnetische flux-bevriezing houdt niet meer op wanneer het plasma turbulent wordt. De meeste natuurkundigen verwachtten dat flux-bevriezing een nog grotere rol zou spelen naarmate het plasma beter geleidend en turbulent zou worden, maar het breekt in feite volledig af. In een nog grotere verrassing ontdekten we dat de beweging van de magnetische veldlijnen volledig willekeurig wordt. Ik bedoel niet 'chaotisch', maar in plaats daarvan net zo onvoorspelbaar als kwantummechanica. In plaats van op een ordelijke, deterministische manier te stromen, verspreiden de magnetische veldlijnen zich in plaats daarvan als een kokende rookpluim. '
Natuurlijk zijn andere zonne-experts van mening dat er binnen zonnevlammen misschien alternatieve antwoorden zijn voor deze regelbrekende activiteit, maar zoals Eyink zegt: "Ik denk dat we een behoorlijk overtuigend argument hebben aangevoerd dat alleen turbulentie een verklaring kan zijn voor het doorbreken van veldlijnen."
Het meest opwindende is de gezamenlijke inspanning van de teamleden uit zulke zeer uiteenlopende disciplines. Het was een groepsinspanning die Eyink hielp met het bedenken van deze nieuwe theorie over het zonnevlam-raadsel. "We gebruikten baanbrekende nieuwe databasemethoden, zoals die gebruikt in de Sloan Digital Sky Survey, gecombineerd met krachtige computatietechnieken en originele wiskundige ontwikkelingen", zei hij. "Het werk vereiste een perfect huwelijk tussen natuurkunde, wiskunde en informatica om een fundamenteel nieuwe benadering te ontwikkelen voor het uitvoeren van onderzoek met zeer grote datasets."
Concluderend merkte Eyink op dat dit soort onderzoekswerk ons heel goed een beter begrip kan geven van zonnevlammen en coronale massa-ejecties. Zoals we weten, kan dit type gevaarlijk "ruimteweer" schadelijk zijn voor astronauten, communicatiesatellieten verstoren en zelfs verantwoordelijk zijn voor het uitschakelen van elektriciteitsnetten op aarde. En je weet wat dat betekent ... geen satelliet-tv en geen stroom om naar te kijken. Maar dat is oke.
"Ik blijf niet laat weg. Het kan me niet schelen om te gaan. Ik ben om een uur of acht thuis ... Alleen ik en mijn radio. Ik misdraag me niet ... Savin 'mijn liefde voor jou. "
Oorspronkelijke verhaalbron: Johns Hopkins University News Release.
