~ * Αποκρυπτογράφηση της NASA Μυστηριώδεις Math του ηλιακού ανέμου * ~

02.21.13

Μια σταθερή ροή των σωματιδίων και ηλεκτρομαγνητικής ρεύματα κύματα από τον ήλιο προς τη Γη, η οποία περιβάλλεται από μια προστατευτική φυσαλίδα που ονομάζεται μαγνητόσφαιρα. Ένας επιστήμονας στο Goddard της NASA πρόσφατα επινόησε, για πρώτη φορά, ένα σύνολο εξισώσεων που μπορούν να βοηθήσουν περιγράφουν κύματα στον ηλιακό άνεμο γνωστή ως κύματα Alfven. Credit: Ευρωπαϊκός Οργανισμός Διαστήματος (ESA)

Πολλοί τομείς της επιστημονικής έρευνας - καιρικές συνθήκες της Γης, ​​τα ωκεάνια ρεύματα, το ξέσπασμα της μαγνητικής ενέργειας από τον ήλιο -. Απαιτούν χάραξη των μεγάλων κλίμακας χαρακτηριστικά ενός πολύπλοκου συστήματος και περίπλοκες λεπτομέρειες της ταυτόχρονα Περιγράφοντας τα συστήματα αυτά με ακρίβεια, στηρίζεται σε πολλά είδη εισόδου, ξεκινώντας από τις παρατηρήσεις του συστήματος, ενσωματώνοντας μαθηματικές εξισώσεις για την προσέγγιση αυτών των παρατηρήσεων, που τρέχει προσομοιώσεις σε υπολογιστές για να προσπαθήσει να αναπαράγουν τις παρατηρήσεις, ποδηλασία και πίσω σε όλα τα βήματα για να βελτιώσετε και να βελτιώσει τα μοντέλα μέχρι να υποστρέψει με ό, τι έχει δει. Σε τελική ανάλυση, τα μοντέλα με επιτυχία βοηθήσει τους επιστήμονες να περιγράφουν, και ακόμα και να προβλέψει, πώς λειτουργεί το σύστημα. Κατανοώντας τον ήλιο και το πώς η ύλη και η ενέργεια που στέλνει επηρεάζει το ηλιακό σύστημα είναι ζωτικής σημασίας, δεδομένου ότι δημιουργεί ένα δυναμικό σύστημα καιρού χώρο που μπορεί να διαταράξει ανθρώπινη τεχνολογία στο χώρο όπως οι επικοινωνίες και παγκόσμιο σύστημα εντοπισμού θέσης (GPS) δορυφόρους. Ωστόσο, ο ήλιος και η τεράστια ροή του ηλιακά σωματίδια, που ονομάζεται ηλιακός άνεμος, μπορεί να είναι ιδιαίτερα δύσκολο για το μοντέλο από τα ρεύματα υλικό για τα εξωτερικά όρια του ηλιακού συστήματος φέρνει μαζί τη δική μαγνητικά πεδία του. Οι μαγνητικές δυνάμεις προστεθεί ένα επιπλέον σύνολο νόμων για την ενσωμάτωση, όταν προσπαθούν να καθορίσουν τι που διέπουν τη διακίνηση. Πράγματι, μέχρι σήμερα, οι εξισώσεις για ορισμένες πτυχές του ηλιακού ανέμου δεν έχουν ποτέ σχεδιαστεί με επιτυχία να συσχετίζονται με τις παρατηρήσεις που παρατηρείται από τα μέσα του χώρου. Τώρα, για πρώτη φορά, ένας επιστήμονας στο Goddard Space Flight της NASA Κέντρο Greenbelt, MD, έχει δημιουργήσει μια σειρά από τις απαραίτητες εξισώσεις, που δημοσιεύθηκε στο Physical Review Letters στις 4 Δεκέμβρη, 2012. «Από τη δεκαετία του 1970, οι επιστήμονες γνωρίζουν ότι η κίνηση του ηλιακού ανέμου έχει συχνά τα χαρακτηριστικά του είδους του κύματος ονομάζεται κύμα Alfvén », λέει ο Aaron Roberts, ένας διαστημικός επιστήμονας στο Goddard. "Φανταστείτε ότι έχετε ένα σχοινάκι και σας κουνάω το ένα άκρο έτσι ώστε να στέλνει κύματα κάτω από το σχοινί. Alfvén κύματα είναι παρόμοια, αλλά το κινούμενο συρματόσχοινο είναι μια γραμμή μαγνητικού πεδίου η ίδια." Τα κύματα Alfvén στην περίπτωση αυτή τείνουν να έχουν μεγάλη συνοχή ύψος - πλάτος ή, που είναι ο κοινός όρος, όταν μιλάμε για κύματα - αλλά είναι τυχαία κατεύθυνση. Μπορείτε να σκεφτείτε το σαν ένα σχοινί άλμα στροβίλισμα, πάντα την ίδια απόσταση από το κέντρο, αλλά παρ 'όλα αυτά μπορεί να είναι σε πολλά σημεία στο χώρο. Ένας άλλος τρόπος οι επιστήμονες έχουν οραματιστεί τα κύματα είναι σαν ένα "τυχαίο περίπατο σε μια σφαίρα." Πάλι, πάντοτε η ίδια απόσταση από ένα συγκεκριμένο κέντρο, αλλά με μία μεταβλητή τοποθέτηση. Τέτοιες μεταφορικές περιγραφές βασίζονται σε ό, τι μέσα στο διάστημα, στην πραγματικότητα, παρατηρήθηκε όταν βλέπουν μαγνητικά κύματα περνούν στο ηλιακό άνεμο. Αλλά αποδεικνύεται ότι οι εξισώσεις για να περιγράψει αυτό το είδος της κίνησης - εξισώσεις απαραίτητη για την προώθηση επιστημονικών μοντέλων του όλου συστήματος -. Δεν ήταν εύκολο να βρεθεί "Το παζλ ήταν να καταλάβω γιατί το πλάτος είναι τόσο σταθερή," λέει ο Roberts . "Αλλά είναι πολύ δύσκολο να βρεθούν εξισώσεις που ικανοποιούν όλα τα χαρακτηριστικά του μαγνητικού πεδίου." Παρόμοια κύματα είναι, στην πραγματικότητα, όπως φαίνεται στο φως, που είναι γνωστή ως πολωμένα κύματα. Αλλά μαγνητικά πεδία έχουν πρόσθετους περιορισμούς σχετικά με το τι σχήματα και συνθέσεις είναι ακόμα δυνατό. Roberts βρει έναν τρόπο να επικαλύπτουν πολυάριθμα κύματα των διαφορετικών μηκών κύματος με τέτοιο τρόπο ώστε έκαναν τελικά την διακύμανση στο πλάτος όσο το δυνατόν μικρότερο. Προς έκπληξή του, οι εξισώσεις που έχουν παρασκευαστεί Roberts συμφωνημένα τι παρατηρήθηκε πιο στενά από ό, τι θα αναμενόταν. Όχι μόνο οι εξισώσεις δείχνουν τα κύματα του σταθερού πλάτους, αλλά έδειξε επίσης περιστασιακή τυχαία άλματα και απότομες αλλαγές -. Μια ανεξήγητη χαρακτηριστικό δει τις παρατηρήσεις τους "Επικάλυψη τα κύματα με αυτόν τον τρόπο μας δίνει ένα τρόπο να γράψει κάτω εξισώσεις που didn 't έχουν στο παρελθόν », λέει ο Roberts. "Έχει, επίσης, αυτό το ωραίο συνέπεια ότι είναι πιο ρεαλιστική από ό, τι αναμενόταν, δεδομένου ότι παρουσιάζει ασυνέχειες βλέπουμε στην πραγματικότητα στον άνεμο. Αυτό είναι σημαντικό για προσομοιώσεις και μοντέλα όπου θέλουμε να ξεκινήσουμε με αρχικές συνθήκες που είναι τόσο κοντά στην παρατηρούμενη ηλιακή ανέμου, όπως μπορούμε να πάρουμε. " Φυσικά, έχει εξίσωση δεν έχει ακόμα εξηγήστε τη λόγος για τον οποίο τα κύματα στον ηλιακό άνεμο διαμορφωθεί με αυτόν τον τρόπο. Παρ 'όλα αυτά, οι εξισώσεις που περιγράφουν το πώς τα κύματα κινούνται ανοίξει την πόρτα σε όλο και πιο ακριβείς προσομοιώσεις που μπορεί να εξηγήσει τις αιτίες αυτές. Με εναλλάξ βελτίωση των μοντέλων και τη βελτίωση των παρατηρήσεων, οι επιστήμονες συνεχίζουν την κυκλική φύση αυτής της έρευνας, μέχρι ακριβώς τι φυσική δράση στον ήλιο προκαλεί αυτά τα περίεργα σε σχήμα κύματα Alfvén γίνεται σαφής κάποια μέρα.

Karen C. Fox Goddard της NASA Space Flight Center , Greenbelt, MD

http://www.nasa.gov/mission_pages/sunearth/news/math-solarwind.html