研究揭示了太阳耀斑的磁场不当行为的湍流

由Johns Hopkins数学物理学领导的新研究侧重于太阳耀斑的磁场的“不端行为”。在此图像中，太阳能动力学天文台（SDO）捕获了X1.2类太阳耀斑，于2013年5月15日达到峰值。

在一个新出版的研究中，John Hopkins大学的研究人员详细介绍了湍流在太阳耀斑的磁场不当行为中的作用。

当填充带电粒子的太阳火炬从太阳爆发时，其磁场有时打破了广泛接受的物理规则。冷冻定理决定，磁力线应在锁定步骤中与颗粒，整体和不间断流动。相反，线条有时会分开，并以具有神秘的天体物理学家的方式迅速重新连接。

但是，在发表于5月23日的论文中，由Johns Hopkins数学物理学家领导的跨学科研究团队表示，它已经找到了神秘的关键。本集团提出的罪魁祸首是湍流 - 与在大气中发生时的乘客喷气式射流相同的剧性紊乱。使用复杂的计算机建模来模仿磁场发生的事情在太阳耀斑内遇到磁场时，研究人员建立了他们的案例，解释了为什么通常规则不适用。

“渗透定理经常解释事情，”罗戈里·伊思思克（Gregory Eyink）表示，其自然研究的主要作者。“但在其他情况下，它会失败。我们想要出现原因发生的原因。“

HannesAlfvén在70年前开发了渗透定理，后来赢得了诺贝尔物理奖，以进行密切相关的工作。他的原理指出，磁力线沿着像螺纹股线的移动流体携带，因此它们永远不会“破裂”并重新连接。但科学家发现，在暴力太阳耀斑中，原则并不总是保持真实。对这些耀斑的研究已经确定其磁场线有时会破裂，如拉伸的橡胶条带，并重新连接到短至15分钟，释放出电流的大量能量。“但现代等离子物理的沟通原理意味着太阳能电晕的这个过程应该需要一百万年！”Eyink说。“天体物理学中的一个大问题是，没有人可以解释为什么冻结在某些情况下的沟通过程，而不是其他人。”

一些科学家们怀疑这种湍流与这一原则预测的行为造成严重破坏。要查明，Eyink与Astrophysics，机械工程，数据管理和计算机科学的其他专家合作，基于约翰霍普金斯和其他机构。“通过必要性，这是一项高度合作的努力，”Eyink表示。“每个人都有贡献他们的专业知识。没有人可以完成这一点。“

该团队开发了一种计算机模拟，以复制各种条件发生的东西，以在太阳耀斑内的等离子体物质状态下存在的带电粒子。“我们的答案非常令人惊讶，”Eyink说。“当等离子体变动时，磁通冷冻不再保持真实。大多数物理学家预计，沟通态度会发挥甚至更大的作用，因为等离子体变得更加强大，更动荡，但事实上，它完全崩溃了。在更大的惊喜中，我们发现磁场线的运动变得完全随机。我并不意味着“混乱”，而是不可预测的量子力学。而不是有序地流动，确定性的方式，磁场线而来散开烟雾的烟雾。“

虽然有些学者仍然相信太阳能耀斑的其他解释，但是“我认为我们觉得他们单独的湍流可以解释野外爆炸的态度非常令人信服。”

来自不同学科的研究人员与Eyink一起解决的不同学科的方式解决太阳耀斑拼图特别值得注意。“我们使用了地面打破的新数据库方法，如斯隆数字天空调查中使用的数据库方法，结合高性能计算技术和原始数学发展，”他说。“这项工作需要完美的物理学，数学和计算机科学婚姻，开发一个基本上新的方法来表演与非常大的数据集进行研究。”

Eyink补充说，该研究可能导致对来自太阳电晕的太阳能耀斑和大规模喷射更好地了解。他说，如此强大的“天气”或地磁风暴可以危及宇航员，击败通信卫星，甚至导致地球上的电力电网的大规模停电。

Johns Hopkins Whiting Engineering and Krieger艺术学院的自然研究的共同作者是Cristian Lalescu和Hussein Aluie，来自应用数学和统计数据;来自计算机科学部的Kalin Kanov和Randal Burns;查尔斯门卫鲁，来自机械工程系;和亚历山大Szalay，来自物理和天文学系。Aluie还与Los Alamos国家实验室隶属。本研究的作者也隶属于约翰霍普金斯的数据密集型工程和科学研究所（IDIES），这一直促进基于大数据的开创性研究。

来自其他机构的共同作者是埃桑维希纳，来自加拿大萨斯喀彻温省大学物理与工程物理系;和KaiBürger，来自FakultätFürinformatik，TechnischeUniversitätMünchen，慕尼黑，德国。

研究资金来自国家科学基金会格兰特CDI-II：CMMI 0941530和数据库基础设施由NSF Grant OCI-108849和约翰霍普金斯的数据密集型工程和科学研究所提供资金。支持也由Microsoft Research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。

分析依赖的湍流数据在http://turbulence.pha.jhu.edu公开使用。

出版物：Gregory Eyink等，“高导电磁力流体动力学湍流的”沟通沟槽，“自然497,466-469，（2013年5月23日）; DOI：10.1038 / Nature12128

图像：NASA / SDO