一瞬の発作の中で、 太陽は時折、膨大な量のエネルギーを宇宙に放出します。 太陽フレアと呼ばれるこれらの噴火はほんの数分間続き、地球上で壊滅的な停電やまばゆいばかりのオーロラを引き起こす可能性があります。 しかし、これらのフレアがどのように機能するかに関する私たちの主要な数学理論は、私たちが観察するものの強度と速度を予測することができません。
これらの爆発の中心には、磁気エネルギーを強力な光と粒子の爆発に変換するメカニズムがあります。 この変化は、磁気リコネクションと呼ばれるプロセスによって触媒され、衝突する磁場が壊れて瞬時に再調整され、物質が宇宙に投げ込まれます。 太陽フレアに電力を供給することに加えて、再接続は高速の電力を供給する可能性があります。 高エネルギー粒子 爆発する星によって放出される、その輝き ブラックホールの饗宴からのジェット、 そしてその 一定の風 太陽に吹かれて。
この現象は遍在しているにもかかわらず、科学者たちはそれがどのように効率的に機能するのかを理解するのに苦労してきました。 あ 最近の理論 磁気リコネクションの謎を解くことに関しては、小さな物理学が大きな役割を果たすと提案しています。 特に、一部の再接続イベントが驚くほど速い理由、および最も強力なイベントが特有の速度で発生するように見える理由を説明します。 再接続の微物理学的詳細を理解することは、研究者がこれらのエネルギー噴火のより良いモデルを構築し、宇宙の癇癪を理解するのに役立つ可能性があります。
「これまでのところ、これが私が知る限り最良の理論です」と彼は言った ハンタオ・ジープリンストン大学のプラズマ物理学者だが、この研究には関与していない。 「それは大きな成果です。」
液体をいじる
宇宙のほぼすべての既知の物質は、次のような形で存在します。 プラズマ、地獄の温度が原子を荷電粒子に剥ぎ取った、ガスの燃えるようなスープ。 これらの粒子は飛び回るときに磁場を生成し、それが粒子の動きをガイドします。 この混沌とした相互作用は、輪ゴムのように、伸びたりねじれたりするにつれて、より多くのエネルギーを蓄える磁力線の乱れた状態を編み上げます。
1950 年代に、科学者たちは、プラズマが蓄積したエネルギーをどのように放出するか、つまり磁気リコネクションと呼ばれるようになったプロセスについての説明を提案しました。 反対方向を向いた磁力線が衝突すると、磁力線が折れて相互接続し、両面パチンコのように粒子を発射します。
しかし、このアイデアは完全な数学モデルというよりも抽象絵画に近かった。 科学者たちは、このプロセスがどのように機能するか、つまりスナップに影響を与える出来事や、これほど多くのエネルギーが放出される理由を詳細に理解したいと考えていました。 しかし、高温ガス、荷電粒子、磁場の厄介な相互作用を数学的に制御するのは困難です。
最初の定量的 仮説1957 年に天体物理学者のピーター スウィートとユージン パーカーによって記述されたこの理論では、プラズマを磁化された流体として扱います。 これは、逆に荷電した粒子の衝突が磁力線を引き込み、再接続イベントの暴走連鎖を引き起こすことを示唆しています。 彼らの理論は、このプロセスが特定の速度で起こることも予測しています。 比較的弱い、実験室で作られたプラズマで観察された再接続率は、太陽の大気の下層にある小さなジェットの速度と同様に、その予測と一致しています。
しかし、太陽フレアはスウィートとパーカーの理論が説明できるよりもはるかに速くエネルギーを放出します。 彼らの計算によると、これらのフレアは数分ではなく数か月かけて広がるはずです。
最近では、NASA の観測結果により、 磁気圏衛星 は、このより迅速な再接続が、地球自体の磁場の中で、より身近なところで起こっていることを確認しました。 これらの観察は、数十年にわたるコンピューター シミュレーションの証拠と合わせて、この「速い」再接続速度を裏付けています。より高エネルギーのプラズマでは、再接続は磁場が伝播する速度の約 10 パーセントで発生します。これは、スイートとパーカーの理論が予測するよりも桁違いに速いです。 。