不正な動作よりも楽しいのは何ですか？太陽のダイナミクスに関しては、私たちは多くのことを知っていますが、まだ理解していないことがたくさんあります。たとえば、粒子で満たされた太陽フレアが太陽から放出されると、その磁力線は、予期せぬ事態を引き起こすことがあります。磁束凍結の定理によれば、これらの磁力線は粒子と単に「ロックステップで流れ去る」はずです。彼らは無傷のままでいる必要がありますが、そうではありません。それは彼らが破る単純なルールではありません…それは物理学の法則です。
それを説明できるものは何ですか？ 「Nature」の5月23日号に掲載された論文では、ジョンズホプキンスの数理物理学者が率いる学際的な研究チームが、もっともらしい説明を見つけたかもしれません。グループによると、根本的な要因は乱気流であり、「旅客機が大気中で発生したときにジェット機を揺さぶることができるのと同じ種類の暴力的障害」、または弟がベイクドビーンズを食べた後に去ったものです。よく整理され、論理的に構築されたコンピューターモデリング技術を採用することにより、研究者は、磁力線が太陽フレアの乱流と出会ったときに何が起こるかをシミュレートすることができました。この情報で武装して、彼らはそれから彼らのケースを述べることができました。
「フラックス凍結定理はしばしば物事を美しく説明する」と「自然」研究の筆頭著者である応用数学統計学科のグレゴリー・アイインク教授は述べた。 「しかし、他の例では、それは惨めに失敗します。この失敗が発生した理由を解明したかったのです。」
フラックスフリーズの定理とは何ですか？たぶん、あなたはハンネス・アルフベンについて聞いたことがあります。彼はスウェーデンの電気工学者、プラズマ物理学者であり、電磁流体力学（MHD）に関する研究で1970年のノーベル物理学賞を受賞しました。彼は、現在アルフベン波と呼ばれているもの、つまりプラズマ内のイオンと磁場の低周波移動振動を説明する責任者です。さて、約70年前、彼は磁力線が小川に沿って流れる糸の断片に似た機関車の流体に沿って航行するとの考えを思いつきました。彼らが破ってから再び参加することは不可能であるべきです。しかし、太陽物理学者は、これが特に激しい太陽フレア内での活動に関してはそうではないことを発見しました。彼らの観察によると、彼らは、これらのフレア内の磁力線が破壊点まで伸び、その後、驚くほど短時間で再接続できると判断しました–わずか15分。これが発生すると、大量のエネルギーが放出され、フレアに電力が供給されます。
「しかし、現代のプラズマ物理学のフラックス凍結原理は、太陽コロナでのこのプロセスが100万年かかることを意味します！」アイインクは生き生きと述べている。 「天体物理学の大きな問題は、なぜフラックス凍結が機能する場合とそうでない場合があるのか、誰も説明できないことです。」
もちろん、乱流が謎めいた振る舞いの根源であったかもしれないという憶測は常にあります。調査の時間ですか？あなたは賭けます。エイインクはその後、ジョンズホプキンスや他の機関を拠点とする天体物理学、機械工学、データ管理、コンピュータサイエンスの専門家と力と心を結びました。 「必然的に、これは非常に協力的な努力でした」とアイインクは言いました。 「誰もが専門知識を提供していました。誰もこれを達成できなかったでしょう。」
次のステップは、コンピュータシミュレーションを作成することでした。これは、太陽フレアアクティビティのプラズマ状態と、さまざまな条件で荷電粒子が受けるすべてのニュアンスを再現できるシミュレーションです。 「私たちの答えは非常に驚くべきものでした」とアイインクは述べました。 「プラズマが乱流になると、磁束の凍結はもはや成り立たなくなります。ほとんどの物理学者は、プラズマの伝導性と乱流が大きくなるにつれて、フラックス凍結がさらに大きな役割を果たすと予想していましたが、実際には完全に崩壊します。さらに驚いたことに、磁力線の動きが完全にランダムになることがわかりました。私は「無秩序」を意味するのではなく、量子力学と同じくらい予測不可能です。整然とした確定的な方法で流れるのではなく、磁力線は代わりに煙の渦巻く煙のように広がります。」
もちろん、他の太陽の専門家は、太陽フレア内のこの規則を破る活動には別の答えがあるかもしれないと感じていますが、Eyinkが言うように、「乱流だけがフィールドラインの破綻を説明できるかなり説得力のある事例を作ったと思います。」
最もエキサイティングなのは、そのような非常に多様な分野のチームメンバーの共同作業です。 Eyinkが太陽フレアの謎についてこの新しい理論を思い付くのを助けたのはグループの努力でした。 「スローンデジタルスカイサーベイで採用されたような画期的な新しいデータベース手法を、高性能コンピューティング技術と独自の数学的開発と組み合わせて使用しました」と彼は言った。 「非常に大規模なデータセットを使用して研究を実行するための根本的に新しいアプローチを開発するには、この作業には物理学、数学、コンピューターサイエンスの完全な融合が必要でした。」
結論として、アイインク氏は、この種の研究は太陽フレアとコロナ質量放出のより良い理解を私たちに非常によく与えるかもしれないと指摘しました。ご存知のように、この種の危険な「宇宙天気」は宇宙飛行士に害を及ぼし、通信衛星を混乱させ、さらには地球上の電力網の停止の原因となる可能性さえあります。そして、あなたはそれが何を意味するかを知っています…衛星テレビもそれを見る力もありません。しかし、それはOKです。
「私は遅くまでいません。行きたくない。私は8時くらいに家にいます…私と私のラジオだけです。誤解しないでください。あなたへの私の愛をサビンします。」
元のストーリー出典：ジョンズホプキンス大学ニュースリリース。
