研究揭示了太阳耀斑中磁场不良行为的湍流

作者:桑垴榄

<p>由约翰霍普金斯大学数学物理学家领导的新研究重点关注太阳耀斑中磁场的“不良行为”在这张照片中,太阳动力学观察站(SDO)捕获了X12级太阳耀斑,于2013年5月15日达到顶峰</p><p>图片来源:NASA / SDO在一项新发表的研究中,约翰霍普金斯大学的研究人员详细阐述了湍流在太阳耀斑的磁场不当行为中的作用当太阳耀斑充满带电粒子从太阳喷发时,其磁场有时会打破广泛接受的物理规则</p><p>冷冻定理要求磁力线应该与粒子锁定一起流走,整个且不间断</p><p>相反,线条有时会分裂并迅速重新连接,使天体物理学家神秘化但是在5月23日出版的一篇论文中约翰斯·霍普金斯大学数学物理学家领导的跨学科研究小组“自然”杂志称,它找到了神秘的关键罪魁祸首,小组提议ed,是一种湍流 - 同样的暴力混乱,当它发生在大气层时可以挤压一架客机使用复杂的计算机模拟模拟在太阳耀斑中遇到湍流时磁场会发生什么,研究人员建立了他们的案例,解释为什么通常的规则不适用“通量冷冻定理常常能很好地解释事物,”应用数学与统计系教授,自然研究的主要作者Gregory Eyink说:“但在其他情况下,它失败了我们想要的弄清楚为什么会发生这种失败“通量冷冻定理是70年前由HannesAlfvén开发的,后者后来因为密切相关的工作而获得了诺贝尔物理学奖</p><p>他的原理指出,磁力线在流动的液体中携带一股线被投入河中,因此它们永远不会“破裂”并重新连接但科学家们发现在暴力太阳耀斑中,原则是对这些耀斑的研究已经确定,它们的磁力线有时会像拉伸的橡皮筋一样断裂并在短短15分钟内重新连接,释放出大量的能量,为火炬提供动力“但现代的磁通冷冻原理等离子体物理学意味着太阳日冕中的这个过程需要一百万年!“Eyink说:天体物理学中的一个大问题是没有人能解释为什么在某些情况下通量冻结工作而不是其他情况”一些科学家怀疑湍流正在发挥作用严重破坏这一原则所预测的行为为了找到答案,Eyink与其他位于约翰霍普金斯大学和其他机构的天体物理学,机械工程,数据管理和计算机科学专家合作“必要时,这是一次高度协作的努力,”Eyink说:“每个人都在贡献自己的专业知识</p><p>没有人能够做到这一点”团队开发了一个计算机模拟复制品在各种条件下发生的事情发生在太阳耀斑内物质的等离子体状态中存在的带电粒子“我们的答案非常令人惊讶,”Eyink说“当等离子体变得紊乱时,磁通量冻结不再适用大多数物理学家预计通量随着等离子体变得更加高导和更加湍流,冻结将发挥更大的作用,但事实上它完全崩溃更令人惊讶的是,我们发现磁场线的运动变得完全随机我并不是说“混乱”,而是像量子力学那样难以预测,而不是以有序,确定的方式流动,磁场线反而像烟雾般的烟雾一样散开“虽然有些学者可能仍然认为还有其他的解释太阳耀斑,Eyink说,“我认为我们做了一个非常引人注目的案例,仅仅是湍流就可以解决现场突破问题”研究人员的研究方式与Eyink合作解决太阳耀斑问题的不同学科特别值得注意“我们使用了突破性的新数据库方法,如斯隆数字巡天中使用的那些,结合高性能计算技术和原始数学发展,”他他说:“这项工作需要物理学,数学和计算机科学的完美结合,以开发一种基本的新方法,用非常大的数据集进行研究</p><p>“Eyink补充说,这项研究可以让人们更好地了解太阳耀斑和太阳日冕物质的大规模抛射</p><p>这种强大的”太空天气“或地磁风暴可能危及宇航员,摧毁通信卫星,甚至导致大规模停电他说,约翰霍普金斯大学Whiting工程学院和克里格艺术与科学学院的自然研究的共同作者是来自应用数学和统计系的Cristian Lalescu和Hussein Aluie</p><p>来自计算机科学系的Kalin Kanov和Randal Burns; Charles Meneveau,机械工程系;来自物理和天文系Aluie的Alexander Szalay也隶属于洛斯阿拉莫斯国家实验室</p><p>该研究的作者还隶属于约翰霍普金斯大学的数据密集工程与科学研究所(IDIES),该研究所一直致力于开创性的研究</p><p>基于大数据来自其他机构的共同作者是来自加拿大萨斯喀彻温大学物理与工程物理系的Ethan Vishniac;来自德国慕尼黑工业大学FakultätfürInformatik的KaiBürger和研究资金来自国家科学基金会资助CDI-II:CMMI 0941530,数据库基础设施由NSF资助OCI-108849和约翰霍普金斯大学资助数据密集型工程和科学支持研究所也由微软研究院提供Vishniac的工作得到了加拿大国家科学与工程研究委员会的支持</p><p>该分析所依赖的湍流数据可在http:// turbulencephajhuedu上公开发表:Gregory Eyink,等,“高电导率磁流体动力学湍流中的磁通冷冻击穿”,Nature 497,466-469,(2013年5月23日); doi:101038 / nature12128来源:约翰霍普金斯大学图片来源:....