Μια προσομοίωση δείχνει ότι οι καυτοί ηλιακοί άνεμοι εξηγούν το φυσικό μυστήριο των Voyager

Πηγή: ScienceDaily, 2 Μαρτίου 2009

Επιστήμονες από το Bochum και το Huntsville των ΗΠΑ εφάρμοσαν ένα νέο τρισδιάστατο μοντέλο για την προσομοίωση της ενέργειας, με σκοπό να μελετήσουν το 'μυστήριο της φυσικής' του διαστημόπλοιο Voyager. Πάνω από 30 χρόνια πριν το διαστημόπλοιο εντόπισε σωματίδια ηλιακού ανέμου που ήταν "θερμότερα" από ότι θα έπρεπε να ήταν σύμφωνα με την υπάρχουσα θεωρία, όπως την ανέπτυξε ο μαθηματικός Andrey Kolmogorov το 1941.

Οι φυσικοί πλάσματος Padma Kant Shukla και Dastgeer Shaikh από το Πανεπιστήμιο της Αλαμπάμα στο Bochum ήταν επομένως οι πρώτοι που επαλήθευσαν με τη βοήθεια προσομοίωσης, ότι τα μη γραμμικά χαρακτηριστικά των στροβιλισμών στο πλάσμα που μεταφέρονται από τον ηλιακό άνεμο, διαφέρουν από το γνωστό μοντέλο για την δυναμική των ρευστών.

Οι επιστήμονες έχουν δημοσιεύσει τα αποτελέσματά τους στο Physical Review Letters.

Αναγνωρίζεται για πάνω από 60 χρόνια: Ο κανόνας 5/3

Σύμφωνα με τη θεωρία Kolmogorov υπάρχει σχέση μεταξύ του μεγέθους της δίνης και της ενέργειας που ελευθερώνεται ή διαχέεται από τα καυτά ηλιακά σωματίδια. Όσο μικρότερη γίνεται μία δίνη τόσο περισσότερο αλληλεπιδρά με το περιβάλλον της, κι έτσι τόσο μεγαλύτερη είναι η απώλεια της ενέργειας. Για παράδειγμα, αυτό μπορεί να παρατηρηθεί σε μια δίνη που προκαλείται στα στηρίγματα μιας γέφυρας μέσα σε ένα ποτάμι. Η ενέργεια των δινών διαλύεται μόνο στα άκρα, όπου οι  μικρότερες δίνες αλληλεπιδρούν με την ομαλή ροή του νερού. Στο νόμο του Kolmogorov οι εκθέτες για τη σχέση μεταξύ του μεγέθους της δίνης και της ενέργειας είναι 5/3: Σε ένα δυναμικό υγρό, το ποσό της ενέργειας που ελευθερώνονται θα πρέπει να αυξηθεί κατά ένα παράγοντα x5/3, όταν το μέγεθος της δίνης έχει μειωθεί κατά ένα παράγοντα x.

Ο κανόνας 7/3: η απόδοση αυξάνεται κατά 40 τοις εκατό

Παρατηρήσεις που έγιναν από το Voyager, άλλα διαστημόπλοια και δορυφόρους δείχνουν ότι η ροή της ενέργειας στο πλάσμα τείνει να ακολουθήσει ένα νόμο 7/3 και όχι το νόμο 5/3 που προτείνει ο Kolmogorov. Το δυναμικό φάσμα των μηκών κύματος στο πλάσμα είναι συνεπώς σημαντικά μεγαλύτερο από ό,τι σε άλλα υδροδυναμικά συστήματα. Η ικανότητα της μεταφοράς ενέργειας μεταξύ των καυτών σωματιδίων μεταφέρεται στον ηλιακό άνεμο και τα ψυχρά σωματίδια αυξάνονται κατά 40 τοις εκατό. Το υπολογιστικό μοντέλο που αναπτύχθηκε από τους Shukla και Shaikh εξηγεί την ξαφνική αύξηση λόγω της αλληλεπίδρασης μεταξύ των μαγνητικών πεδίων και των ρευμάτων καυτών ατόμων, ιόντων και ηλεκτρονίων. Το μαγνητικό πεδίο είναι υπεύθυνο για την κλιμακωτή ενέργεια. Επηρεασμένες και «περιορισμένες» από τα μαγνητικά πεδία, οι μικρές δίνες χρησιμεύουν για την "μείωση" της ενέργειας σε αυτά.

Εξήγηση για τις γιγάντιες ποσότητες της κοσμικής ενέργειας

"Είναι το ίδιο γεγονός που συμβαίνει σε ένα φούρνο μικροκυμάτων," εξηγεί ο Shaikh. "Αν δεν υπάρχει τίποτα εκεί μέσα, τα μικροκύματα βγαίνουν χωρίς να ελευθερώσουν την ενέργεια τους. Όμως τα μικροκύματα απορροφώνται από τα τρόφιμα, κι έτσι αποδεσμεύουν την ενέργεια τους με αποτέλεσμα να θερμάνουν τα τρόφιμα."

"Αυτή η εφαρμογή μας βοηθά να κατανοήσουμε και το πώς τα σωματίδια του ηλιακού ανέμου κατέχουν τεράστιες ποσότητες ενέργειας", λέει ο Shukla και συνέχισε, "Μπορεί επίσης να εξηγήσει, πως οι πιο γρήγορες και πιο ισχυρές κοσμικές ακτίνες προωθούνται. Και γνωρίζουμε ότι πολλοί επιστήμονες έχουν παλέψει επί δεκαετίες για να βρουν αληθοφανείς φυσικές διεργασίες, που θα μπορούσαν να εξηγήσουν τον τρόπο με τον οποίο ορισμένες κοσμικές ακτίνες επιταχύνονται μέχρι σχεδόν την ταχύτητα του φωτός..