ما هو أكثر متعة من شيء يسيء التصرف؟ عندما يتعلق الأمر بديناميكيات الطاقة الشمسية ، فإننا نعرف الكثير ، ولكن هناك أشياء كثيرة لم نفهمها بعد. على سبيل المثال ، عندما يندفع جزيء من الشمس ، فإن خطوط المجال المغناطيسي يمكن أن تقوم ببعض الأشياء غير المتوقعة - مثل الانقسام ثم إعادة الاتصال بسرعة. ووفقًا لنظرية تجميد التدفق ، يجب أن تتدفق هذه الخطوط المغناطيسية ببساطة في خطوة قفل مع الجسيمات. يجب أن يبقوا على حالهم ، لكنهم لا يفعلون. إنها ليست مجرد قاعدة بسيطة يكسرونها ... إنها قانون فيزياء.
ماذا يمكن أن يفسر ذلك؟ في ورقة نشرت في عدد 23 مايو من "الطبيعة" ، ربما وجد للتو فريق بحثي متعدد التخصصات بقيادة فيزيائي رياضي في جامعة جونز هوبكنز تفسيراً معقولاً. وفقًا للمجموعة ، فإن العامل الأساسي هو الاضطراب - "نفس النوع من الاضطراب العنيف الذي يمكن أن يتسبب في نفاثة طائرة ركاب عندما تحدث في الجو" - أو العامل الذي يتركه أخوك بعد أن يأكل الفاصوليا المخبوزة. من خلال استخدام تقنية نمذجة حاسوبية منظمة بشكل جيد ومبنية بشكل منطقي ، تمكن الباحثون من محاكاة ما يحدث عندما تلتقي خطوط المجال المغناطيسي مع الاضطراب في التوهج الشمسي. مسلحين بهذه المعلومات ، كانوا قادرين على ذكر قضيتهم.
قال غريغوري آينك ، أستاذ الرياضيات التطبيقية والإحصاء في قسم الرياضيات التطبيقية الذي كان مؤلفًا رئيسيًا لدراسة "الطبيعة": "إن نظرية تجميد التدفق غالبًا ما تفسر الأشياء بشكل جميل". "لكن في حالات أخرى ، فشلت فشلاً ذريعاً. أردنا معرفة سبب حدوث هذا الفشل ".
ما هي نظرية تجميد التدفق؟ ربما سمعت عن هانس ألففين. كان مهندسًا كهربائيًا سويديًا ، وفيزيائيًا في البلازما ، وحائزًا على جائزة نوبل في الفيزياء لعام 1970 لعمله في الديناميكا المغناطيسية (MHD). إنه الرجل المسؤول عن شرح ما نعرفه الآن باسم موجات ألففين - وهو تذبذب سفر منخفض التردد للأيونات والمجال المغناطيسي في البلازما. حسنًا ، قبل حوالي 70 عامًا ، توصل إلى فكرة أن خطوط القوة المغناطيسية تبحر على طول سائل قاطري مشابه لمقتطفات الخيوط المتدفقة على طول تيار. يجب أن يكون من المستحيل عليهم أن ينكسروا ثم ينضموا مرة أخرى. ومع ذلك ، اكتشف علماء الفيزياء الشمسية أن هذا ليس هو الحال عندما يتعلق الأمر بالنشاط داخل توهج شمسي عنيف بشكل خاص. في ملاحظاتهم ، قرروا أن خطوط المجال المغناطيسي داخل هذه المشاعل يمكن أن تمتد إلى نقطة الانهيار ثم إعادة الاتصال في وقت سريع بشكل مدهش - أقل من 15 دقيقة. عندما يحدث هذا ، فإنه يطرد كمية وفيرة من الطاقة التي بدورها تعمل على إشعال النيران.
"لكن مبدأ تجميد التدفق في فيزياء البلازما الحديثة يعني أن هذه العملية في الهالة الشمسية يجب أن تستغرق مليون سنة!" الدول عينيك برسوم متحركة. "إن المشكلة الكبرى في الفيزياء الفلكية هي أنه لا يمكن لأحد أن يفسر لماذا يعمل تجميد التدفق في بعض الحالات ولكن ليس في حالات أخرى."
بالطبع ، كانت هناك دائمًا تكهنات بأن الاضطراب ربما كان المصدر الجذري للسلوك الغامض. هل حان وقت التحقيق؟ تتحدى. ثم ضمت Eyink القوى - والعقول - مع خبراء آخرين في الفيزياء الفلكية والهندسة الميكانيكية وإدارة البيانات وعلوم الكمبيوتر ، ومقرها في جونز هوبكنز ومؤسسات أخرى. قال إينك: "لقد كان هذا بالضرورة جهدًا تعاونيًا للغاية". كان الجميع يساهمون بخبراتهم. لا يمكن لأي شخص أن يحقق ذلك. "
كانت الخطوة التالية هي إنشاء محاكاة كمبيوتر - محاكاة يمكن أن تكرر حالة البلازما لنشاط التوهج الشمسي وجميع الفروق الدقيقة التي تمر بها الجسيمات المشحونة خلال ظروف مختلفة. "كان ردنا مفاجئًا للغاية" ، قال Eyink. "لم يعد التجميد المغناطيسي للتدفق صحيحًا عندما تصبح البلازما مضطربة. توقع معظم الفيزيائيين أن يؤدي تجميد التدفق دورًا أكبر حيث أصبحت البلازما أكثر توصيلًا وأكثر اضطرابًا ، ولكن ، في الواقع ، ينهار تمامًا. في مفاجأة أكبر ، وجدنا أن حركة خطوط المجال المغناطيسي تصبح عشوائية تمامًا. أنا لا أقصد "فوضوية" ، ولكن بدلاً من ذلك لا يمكن التنبؤ بها مثل ميكانيكا الكم. وبدلاً من التدفق بطريقة منظمة وحتمية ، انتشرت خطوط المجال المغناطيسي بدلاً من ذلك مثل عمود الدخان المتدفق. "
بالطبع ، يشعر خبراء الطاقة الشمسية الآخرون أنه قد تكون هناك إجابات بديلة لهذا النشاط الذي يخرق القواعد في مشاعل الطاقة الشمسية ، ولكن كما يقول آينك ، "أعتقد أننا قدمنا حالة مقنعة جدًا أن الاضطراب وحده يمكن أن يفسر كسر الخط الميداني."
الأكثر إثارة هو الجهد التعاوني لأعضاء الفريق من هذه التخصصات المتنوعة على نطاق واسع. لقد كان جهدًا جماعيًا ساعد عينيك على التوصل إلى هذه النظرية الجديدة حول لغز التوهج الشمسي. وقال: "استخدمنا أساليب قاعدة بيانات جديدة رائدة ، مثل تلك المستخدمة في مسح Sloan Digital Sky Survey ، جنبًا إلى جنب مع تقنيات الحوسبة عالية الأداء والتطورات الرياضية الأصلية". "يتطلب العمل زواجًا مثاليًا من الفيزياء والرياضيات وعلوم الكمبيوتر لتطوير نهج جديد بشكل أساسي لإجراء البحث باستخدام مجموعات بيانات كبيرة جدًا."
في الختام ، أشار Eyink إلى أن هذا النوع من الأعمال البحثية قد يمنحنا فهمًا أفضل للتوهجات الشمسية والكتل الإكليلية. كما نعلم ، فإن هذا النوع من "طقس الفضاء" الخطير يمكن أن يكون ضارًا لرواد الفضاء ، ويعطل الأقمار الصناعية للاتصالات ، بل وحتى مسؤولًا عن إغلاق شبكات الطاقة الكهربائية على الأرض. وأنت تعرف ماذا يعني ذلك ... لا يوجد تلفزيون بقنوات فضائية ولا قوة لمشاهدته. ولكن هذا على ما يرام.
"أنا لا أبقى في وقت متأخر. لا تهتم بالذهاب. أنا في المنزل حوالي ثمانية ... أنا وراديو بلدي فقط. لا تسيء التصرف ".. احفظ" حبي لك ".
مصدر القصة الأصلية: نشرة جامعة جونز هوبكنز الإخبارية.
