Cosa c'è di più divertente di qualcosa che si comporta male? Quando si parla di dinamica solare, sappiamo molto, ma ci sono molte cose che ancora non capiamo. Ad esempio, quando un bagliore solare pieno di particelle fuoriesce dal Sole, le sue linee di campo magnetico possono fare alcune cose piuttosto inaspettate, come dividere e quindi riconnettersi rapidamente. Secondo il teorema di congelamento del flusso, queste linee magnetiche dovrebbero semplicemente "fluire via in blocco" con le particelle. Dovrebbero rimanere intatti, ma non lo fanno. Non è solo una semplice regola che infrangono ... è una legge della fisica.
Cosa può spiegarlo? In un articolo pubblicato nel numero del 23 maggio di "Nature", un gruppo di ricerca interdisciplinare guidato da un fisico matematico Johns Hopkins potrebbe aver trovato una spiegazione plausibile. Secondo il gruppo, il fattore sottostante è la turbolenza - lo stesso tipo di disturbo violento che può spingere un aereo passeggeri quando si verifica nell'atmosfera - o quello che tuo fratello lascia dietro dopo aver mangiato fagioli al forno. Impiegando una tecnica di modellazione computerizzata ben organizzata e costruita logicamente, i ricercatori sono stati in grado di simulare ciò che accade quando le linee del campo magnetico si incontrano con la turbolenza in un bagliore solare. Grazie a queste informazioni, furono quindi in grado di dichiarare il loro caso.
"Il teorema del congelamento del flusso spesso spiega le cose meravigliosamente", ha detto Gregory Eyink, professore del Dipartimento di Matematica Applicata e Statistica, autore principale dello studio "Natura". “Ma in altri casi, fallisce miseramente. Volevamo capire perché si è verificato questo errore. "
Che cos'è il teorema di congelamento del flusso? Forse hai sentito parlare di Hannes Alfvén. Era un ingegnere elettrico svedese, fisico al plasma e vincitore del Premio Nobel per la fisica del 1970 per il suo lavoro sulla magnetoidrodinamica (MHD). È l'uomo responsabile della spiegazione di ciò che ora conosciamo come onde di Alfvén: un'oscillazione mobile a bassa frequenza degli ioni e del campo magnetico nel plasma. Bene, circa 70 anni fa, ha avuto l'idea che linee magnetiche di forza navigano lungo un fluido locomotivo simile a frammenti di filo che scorre lungo un ruscello. Dovrebbe essere impossibile per loro rompersi e poi ricongiungersi. Tuttavia, i fisici solari hanno scoperto che questo non è il caso quando si tratta di attività all'interno di un bagliore solare particolarmente violento. Nelle loro osservazioni, hanno determinato che le linee del campo magnetico all'interno di questi razzi possono estendersi fino al punto di rottura e quindi ricollegarsi in un tempo sorprendentemente rapido - fino a 15 minuti. Quando ciò accade, espelle una quantità abbondante di energia che, a sua volta, alimenta il bagliore.
"Ma il principio di congelamento del flusso della moderna fisica del plasma implica che questo processo nella corona solare dovrebbe richiedere un milione di anni!" Eyink afferma animatamente. "Un grosso problema in astrofisica è che nessuno potrebbe spiegare perché il congelamento del flusso funziona in alcuni casi, ma non in altri".
Naturalmente, c'è sempre stata la speculazione che la turbolenza potrebbe essere stata la fonte principale del comportamento enigmatico. È tempo di investigare? Scommetti. Eyink ha poi unito le forze - e le menti - con altri esperti in astrofisica, ingegneria meccanica, gestione dei dati e informatica, con sede a Johns Hopkins e altre istituzioni. "Per necessità, questo è stato uno sforzo altamente collaborativo", ha detto Eyink. “Tutti stavano contribuendo con la loro esperienza. Nessuno avrebbe potuto riuscirci. "
Il passo successivo è stato quello di creare una simulazione al computer, una simulazione che potesse duplicare lo stato plasmatico dell'attività del bagliore solare e tutte le sfumature subite dalle particelle cariche in condizioni diverse. "La nostra risposta è stata molto sorprendente", ha dichiarato Eyink. “Il congelamento del flusso magnetico non è più vero quando il plasma diventa turbolento. La maggior parte dei fisici si aspettava che il congelamento del flusso avrebbe avuto un ruolo ancora più grande poiché il plasma diventava più altamente conduttivo e più turbolento, ma, di fatto, si rompe completamente. Con una sorpresa ancora maggiore, abbiamo scoperto che il movimento delle linee del campo magnetico diventa completamente casuale. Non intendo "caotico", ma piuttosto imprevedibile come la meccanica quantistica. Invece di fluire in maniera ordinata e deterministica, le linee del campo magnetico si espandono invece come un pennacchio di fumo in fiamme. "
Naturalmente, altri esperti di energia solare ritengono che possano esserci risposte alternative a questa attività che infrange le regole all'interno dei brillamenti solari, ma come dice Eyink, "Penso che abbiamo fatto un caso abbastanza convincente che la turbolenza da sola può spiegare la rottura della linea di campo".
Ciò che è più eccitante è lo sforzo collaborativo dei membri del team di discipline così varie. Fu uno sforzo di gruppo che aiutò Eyink a elaborare questa nuova teoria sull'enigma del brillamento solare. "Abbiamo utilizzato nuovi metodi di database innovativi, come quelli impiegati nello Sloan Digital Sky Survey, combinati con tecniche di elaborazione ad alte prestazioni e sviluppi matematici originali", ha affermato. "Il lavoro ha richiesto un perfetto connubio tra fisica, matematica e informatica per sviluppare un approccio fondamentalmente nuovo allo svolgimento della ricerca con set di dati molto grandi."
In conclusione, Eyink ha osservato che questo tipo di lavoro di ricerca potrebbe benissimo darci una migliore comprensione dei brillamenti solari e delle espulsioni di massa coronale. Come sappiamo, questo tipo di "meteorologia spaziale" pericolosa può essere dannoso per gli astronauti, interrompere i satelliti per le comunicazioni e persino essere responsabile dell'arresto delle reti elettriche sulla Terra. E sai cosa significa ... nessuna TV satellitare e nessun potere di guardarla. Ma va bene.
"Non rimango fuori fino a tardi. Non importa di andare. Sono a casa verso le otto ... Solo io e la mia radio. Non è un comportamento sbagliato ... Salvando il mio amore per te. "
Fonte originale della storia: Comunicato stampa della Johns Hopkins University.
