Hale benzeri güneş tacı. Kredi: NASA
Şaşırtıcı nedeni belirlemede çığır açan buluş.
Araştırmacılar, Güneş’i çevreleyen atmosfer olan “güneş koronasının” onu yayan güneş yüzeyinden neden çok daha sıcak olduğunu açıklayan, önceden bilinmeyen bir ısıtma mekanizması keşfettiler.
Princeton’daki bulgu ABD Enerji Bakanlığı’nın (DOE) Plazma Fiziği Laboratuvarı (PPPL), yıldız oluşumu, evrendeki büyük ölçekli manyetik alanların kaynağı ve olabilecek uzay havası olaylarının tahmini dahil olmak üzere birçok astrofiziksel gizemi çözmeye yardımcı olma potansiyeline sahiptir. Dünyada cep telefonu kesintilerine ve elektrik şebekesi arızalarına neden olur. Isıtma sürecini anlamanın, füzyon enerjisi araştırması için de önemli sonuçları vardır.
İlk net 3B açıklama
“Doğrudan sayısal simülasyonumuz, bu ısıtma mekanizmasının 3B uzayda net bir şekilde tanımlanmasını sağlayan ilk simülasyondur.” dedi. Science Advances dergisindeki buluşu ayrıntılarıyla açıklayan Dong, “Mevcut teleskop ve uzay aracı cihazları, küçük ölçeklerde meydana gelen süreci tanımlayacak kadar yüksek çözünürlüğe sahip olmayabilir” dedi.
Gizli bileşen, manyetik yeniden bağlanma adı verilen bir süreçtir. güneş atmosferini oluşturan elektronlar ve atom çekirdeği çorbası olan plazmadaki manyetik alanları ayırır ve şiddetli bir şekilde yeniden bağlar. Dong’un simülasyonu, manyetik alan çizgilerinin hızlı bir şekilde yeniden bağlanmasının büyük ölçekli türbülanslı enerjiyi küçük ölçekli iç enerjiye nasıl dönüştürdüğünü ortaya çıkardı. Sonuç olarak türbülanslı enerji küçük ölçeklerde verimli bir şekilde termal enerjiye dönüştürülür ve böylece korona aşırı ısınır.
“Kahveye krema koymayı düşünün,” dedi Dong. “Krem damlaları kısa sürede kıvrımlara ve ince buklelere dönüşür. Benzer şekilde, manyetik alanlar, manyetik yeniden bağlanma nedeniyle parçalanan ince elektrik akımı tabakaları oluşturur. Bu süreç, enerji akışını büyük ölçekten küçüğe doğru kolaylaştırarak, süreci türbülanslı güneş koronasında daha önce düşünülenden daha verimli hale getiriyor.”
Çalkantılı kaskad hızlıyken yeniden bağlanma süreci yavaşsa, yeniden bağlantı ölçekler arası enerji transferini etkileyemeyeceğini söyledi. Ancak yeniden bağlanma oranı, geleneksel kademeli hızı aşacak kadar hızlı hale geldiğinde, yeniden bağlanma, kaskadı küçük ölçeklere doğru daha verimli bir şekilde hareket ettirebilir.
Bunu, küçük bükülmüş çizgilerden oluşan zincirler oluşturmak için manyetik alan çizgilerini kırıp yeniden birleştirerek yapar. plazmoidler denir. Gazete, bu durumun, yarım yüzyıldan fazla bir süredir geniş çapta kabul edilen türbülanslı enerji kaskadı anlayışını değiştirdiğini söylüyor. Yeni bulgu, enerji aktarım hızını plazmoidlerin ne kadar hızlı büyüdüğüne bağlayarak büyük ölçeklerden küçük ölçeklere enerji transferini artırıyor ve bu ölçeklerde koronayı güçlü bir şekilde ısıtıyor.
Yeni keşif, benzeri görülmemiş derecede büyük bir rejimi gösteriyor. güneş koronasındaki gibi manyetik Reynolds sayısı. Büyük sayı, türbülanslı kademenin yeni yüksek enerji aktarım hızını karakterize eder. Bir fakülte pozisyonu almak için Boston Üniversitesi’ne taşınan Dong, “Manyetik Reynolds sayısı ne kadar yüksekse, yeniden bağlantıyla yönlendirilen enerji transferi o kadar verimli olur,” dedi.
200 milyon saat
{ 8}”Chuanfei, NASA Advanced Supercomputing (NAS) tesisinde 200 milyondan fazla bilgisayar CPU’sunu [merkezi işlem birimlerini] alan, türünün en büyük türbülans simülasyonunu gerçekleştirdi” dedi PPPL fizikçisi ve Princeton astrofizik profesörü Amitava Bhattacharjee araştırmayı denetleyen bilimler. “Bu sayısal deney, plazmoidlerin büyümesiyle kontrol edilen, daha önce keşfedilmemiş bir türbülanslı enerji kaskadı aralığı için teorik olarak tahmin edilen bir mekanizmanın ilk kez tartışmasız kanıtını üretti.
“Yüksek etkili Science dergisindeki makalesi Advances, Physical Review Letters’da yayınlanan daha önceki 2B sonuçlarıyla başladığı hesaplama programını tamamlıyor. Bu belgeler, Chuanfei’nin Princeton ve PPPL’nin ortak bir tesisi olan Princeton Center for Heliophysics’in bir üyesi olarak yaptığı etkileyici çalışmaya bir koda oluşturuyor. “Bu çalışmayı kolaylaştıran PPPL LDRD [Laboratuvar Yönelimli Araştırma ve Geliştirme] hibesine ve cömert bilgisayar zamanı tahsisi için NASA High-End Computing (HEC) programına minnettarız.”
Etki astrofiziksel sistemlerdeki bu bulgunun bir dizi ölçeği, mevcut ve gelecekteki uzay araçları ve teleskoplarla keşfedilebilir. Makalede, ölçekler arasında enerji aktarım sürecini ortaya çıkarmanın, önemli kozmik gizemleri çözmek için çok önemli olacağı belirtildi.
Referans: “Manyetohidrodinamik türbülansta yeniden bağlantıyla yönlendirilen enerji kaskadı”, yazan Chuanfei Dong, Liang Wang, Yi-Min Huang, Luca Comisso, Timothy A. Sandstrom ve Amitava Bhattacharjee, 7 Aralık 2022, Science Advances.
DOI: 10.1126/sciadv.abn7627
Çalışma, DOE Office of Science tarafından finanse edildi (FES) ve NASA, Ulusal Enerji Araştırmaları Bilimsel Bilgi İşlem Merkezi, bir DOE Office of Science kullanıcı tesisi ve NSF sponsorluğundaki Hesaplama ve Bilgi Sistemleri Laboratuvarı ile birlikte NASA HEC tarafından sağlanan bilgisayar kaynaklarıyla.