Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
Sign in to follow this  
KopalniaWiedzy.pl

Przepływ plazmy w pobliżu powierzchni wyjaśnia plamy słoneczne i inne zjawiska

Recommended Posts

Ludzkość od kilkuset lat śledzi plamy na Słońcu i wie, że ich liczba zmienia się w 11-letnich cyklach. Dotychczas jednak brak dobrego wyjaśnienia tego fenomenu. Naukowcy z University of Washington opublikowali na łamach Physics of Plasmas artykuł, w którym proponują model ruchu plazmy, który ma wyjaśniać zarówno 11-letni cykl słoneczny ja i inne tajemnice naszej gwiazdy.

Nasz model znacząco różni się od standardowego obrazu Słońca. Sądzę, że jesteśmy pierwszymi którzy są w stanie wyjaśnić naturę oraz źródło słonecznych zjawisk magnetycznych, czyli jak działa Słońce, mówi profesor Thomas Jarboe, główny autor artykułu.

Model opiera się na doświadczeniach nabytych w czasie prac nad energią fuzyjną. Wynika z niego, że kluczem do zrozumienia Słońca jest cienka warstwa znajdująca się pod jego powierzchnią. To ona decyduje o plamach, przebiegunowaniu magnetycznym czy przepływie materii. Model ten porównano z danymi obserwacyjnymi i okazało się, że dobrze je on przewiduje. Dane obserwacyjne są kluczem do potwierdzenia słuszności naszego modelu funkcjonowania Słońca, mówi Jarboe.

W tym nowym modelu mamy do czynienia z cienką warstwo przepływu plazmy i pola magnetycznego, innymi słowy z cienką warstwą swobodnie poruszających się elektronów, które z różną prędkością przemieszczają się w różnych częściach gwiazdy. Różnice w tempie przepływu wywołują zmiany pola magnetycznego, podobne do tych, które pojawiają się w niektórych eksperymentalnych reaktorach fuzyjnych.

Co 11 lat wa warstwa staje się na tyle duża, że traci stabilność i Słońce się jej pozbywa, mówi Jarboe. Podczas tego procesu odsłonięta zostaje niżej położona warstwa plazmy, która porusza się w przeciwnym kierunku i ma odwrócone pole magnetyczne. Gdy obie półkule Słońca poruszają się z tą samą prędkością, pojawia się więcej plam. Gdy prędkości są różne, plam jest mniej. To właśnie różnica w prędkościach wywołała Minimum Maundera, stwierdza uczony.

Gdy dwie półkule obracają się z różną prędkością, wówczas w pobliżu równika zaczątki plam nie pasują do siebie i nie dochodzi do ich powstawania, mówi Jarboe. Dotychczas naukowcy sądzili, że plamy słoneczne powstają na głębokości 30% średnicy Słońca, przypomina uczony. Tymczasem z nowego modelu wynika, że są one „superziarnami” powstającymi na głębokości 150–450 kilometrów. Plama słoneczna to coś zadziwiającego.Pojawia się nagle i znikąd.

Podczas swoich badań nad reaktorami Jarboe i jego koledzy skupiali się na sferomaku, typie reaktora, który generuje plazmę w kuli. Tam plazma samodzielnie się organizuje w różnorodne wzorce. Gdy naukowcy porównali zachodzące w niej zjawiska z tym, co wiadomo o Słońcu, zauważyli podobieństwa.

Jarboe twierdzi, że nowy model wyjaśnia przepływ materii wewnątrz Słońca, zmiany pola magnetycznego prowadzące do powstawania plam oraz całą strukturę magnetyczną naszej gwiazdy. Mam nadzieję, że naukowcy spojrzą na swoje dane z nowej perspektywy, a ci, którzy całe życie poświęcili zbieraniu danych otrzymają do ręki nowe narzędzie, pozwalające lepiej to wszystko zrozumieć, mówi uczony.


« powrót do artykułu

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now
Sign in to follow this  

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Satelita Solar Dynamics Observatory (SDO) zaobserwował na Słońcu nowy rodzaj erupcji magnetycznej. Najpierw doszło do wyrzucenia z powierzchni Słońca plazmy, która po zatoczeniu łuku zaczęła opadać na powierzchnię naszej gwiazdy. Zanim jednak tam dotarła, wpadła w plątaninę linii pola magnetycznego i wywołała kolejną eksplozję. Naukowcy mówią o wymuszonej rekoneksji magnetycznej.
      Na Słońcu już wcześniej obserwowano spontaniczne rekoneksje magnetyczne i wywołane nimi wyrzuty plazmy. Nigdy wcześniej nie obserwowano jednak, by jedna eksplozja była wywołana drugą.
      To pierwsza obserwacja zewnętrznej rekoneksji magnetycznej zachodzącej pod wpływem czynnika zewnętrznego. Może być to bardzo użyteczne dla zrozumienia innych systemów, takich jak magnetosfera Ziemi i innych planet, innych namagnetyzowanych źródeł plazmy, w tym eksperymentów w laboratorium, gdzie plazmę trudno jest kontrolować, mówi Abhishek Srivastava z Indyjskiego Instytutu Technologicznego w Indiach.
      Spontaniczną rekoneksję magnetyczną obserwowano już zarówno na Słońcu jak i wokół Ziemi. Przed 15 laty pojawiła się teoria mówiąca, że może zachodzić też zjawisko wymuszonej rekoneksji magnetycznej.
      Nowy rodzaj eksplozji był ukryty w danych sprzed lat. Analiza danych zebranych przez SDO wykazała, że do wymuszonej rekoneksji magnetycznej doszło 3 maja 2012 roku.
       


      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      NASA zaprezentowała właśnie pierwsze wyniki badań przeprowadzonych przez Parker Solar Probe, najszybszy pojazd skonstruowany przez człowieka, który leci „dotknąć” Słońca. Zebrane przez sondę informacje na temat działania Słońca pozwolą naukowcom udoskonalić modele dotyczące pogody kosmicznej oraz powstawania i ewolucji gwiazd. Będą one kluczowym elementem dla stworzenia systemów ochrony astronautów przed szkodliwym wpływem Słońca podczas długotrwałych misji, takich jak wyprawa załogowa na Marsa.
      Dzięi danym z PSP naukowcy mogli na łamach Nature opublikować cztery artykuły dotyczące naszej gwiazdy. Zdobyliśmy nowe informacje na temat procesu napędzającego wiatr słoneczny oraz interakcji wiatru z obrotem Słońca. Mamy pierwsze analizy pyłu z korony słonecznej, a sonda zarejestrowała tak niewielkie epizody przyspieszania cząstek, że są one niewykrywalne z Ziemi.
      Przypomnijmy, że już 78 dni po starcie, który nastąpił 12 sierpnia 2018 roku, PSP stała się najbliższym Słońcu obiektem wysłanym przez człowieka. Niedługo potem zyskała też miano najszybszego obiektu. Parker Solar Probe ciągle przyspiesza i wciąż zbliża się do Słońca. W końcu osiągnie prędkość niemal 700 000 km/h, a jej najmniejsza odległość od gwiazdy wyniesie około 6,5 miliona kilometrów.
      Dotychczas sonda dwukrotnie obiegła Słońce. Ostatni raz w peryhelium, czyli najbliższym Słońcu punkcie swojej orbity, była 1 września, gdy zbliżyła się do gwiazdy na odległość około 24 milionów kilometrów, pędząc z prędkością około 350 000 km/h. Za trzy tygodnie, 26 grudnia, PSP dokona drugiego przelotu w pobliżu Wenus, a 4. peryhelium osiągnie 29 stycznia przyszłego roku. Później w lutym nastąpi 5. peryhelium, po czym po raz trzeci PSP będzie korzystała z asysty grawitacyjnej Wenus. We wrześniu znowu znajdzie się w peryhelium.
      Wśród nowych informacji, jakie już dostarczyła sonda, są dane dotyczące zachowania wiatru słonecznego. W pobliżu Ziemi mamy do czynienia z jego niemal równomiernym przepływem. Jak się jednak okazuje, w pobliżu Słońca jest to przepływ bardzo dynamiczny o wysoce określonej strukturze. Przypomina to nieco przepływ rzeki w miejscu, w którym wpada do morza. Naukowcy co po raz pierwszy mają okazję badać wiatr słoneczny z perspektywy korony gwiazdy.
      Uwagę naukowców szczególnie przykuły zmiany kierunku pola magnetycznego. Są one powszechne wewnątrz orbity Merkurego i trwają od kilku sekund do kilkunastu minut. Zmiany takie nie występują jednak w większej odległości od gwiazdy, zatem zauważyła je dopiero PSP. Mogą być one wskazówką, co podgrzewa i napędza wiatr słoneczny.
      W osobny artykule opisano pomiary wykonane przez instrument Solar Wind Electrons Alphas and Protons (SWEAP). Naukowcy byli zaskoczeni tym, w jaki sposób ruch obrotowy gwiazdy wpływa na wiatr słoneczny. W pobliżu Ziemi przepływa on po liniach prostych, wydobywając się ze Słońca we wszystkich kierunkach. Jednak, jako że Słońce obraca się, naukowcy spodziewali się, że wiatr jest dodatkowo napędzany w kierunku ruchu obrotowego gwiazdy.
      Po raz pierwszy zjawisko to zanotowano, gdy Parker Solar Probe znalazła się w odległości około 32 milionów kilometrów od Słońca. Jednak zakres tego bocznego ruchu wiatru był znacznie większy, niż się spodziewano. Co interesujące, również szybciej niż się spodziewano trajektoria wiatru prostowała się, przez co na większych odległościach opisywany efekt staje się niewidoczny. Zrozumienie tego zjawiska będzie kluczowym dla zrozumienia spowalniającego ruchu obrotowego Słońca, a ma to znaczenie dla cyklu życiowego naszej i innych gwiazd oraz tworzenia się dysków protoplanetarnych.
      PSP zaobserwowała też pierwsze oznaki wskazujące na to, że w odległości około 11 milionów kilometrów od gwiazdy otaczający ją pył staje się coraz rzadszy. Przewidywano to od niemal wieku, jednak dopiero teraz jesteśmy w stanie zweryfikować tę teorię. Teraz dzięki instrumentowi Wide-field Imager for Solar Probe (WISPR) wiemy, że zjawisko takie ma miejsce na dystansie około 6,5 miliona kilometrów. Pył jest podgrzewany przez gwiazdę i zamieniany w gaz. Naukowcy spodziewają się zatem, że w odległości obszar w odległości do 3,2 miliona, a może nawet do 4,8 miliona kilometrów od gwiazdy jest wolny od pyłu. Jeśli to prawda, to PSP powinna go zaobserwować podczas 6. peryhelium we wrześniu 2020 roku. Pył, który został odparowany w tej strefi stanowi część wiatru słonecznego.
      Kolejny z instrumentów badawczych, Integrated Science Investigation of the Sun (ISOIS) zmierzył zjawiska tak niewielkie, że zanikają one, gdy cząstki docierają do naszej planety. Zaobserwowano też rzadki rodzaj rozpadu cząstek, gdzie mamy szczególnie duży odsetek ciężkich pierwiastków. To ważne spostrzeżenie, gdyż wskazuje, że zjawiska takie są częstsze niż sądzono, ponadto mogą one pojawiać się nagle, wpływać na pogodę kosmiczną i stanowić zagrożenie dla astronautów.
      Słońce to jedyna gwiazda, którą może badać z tak niewielkiej odległości. Już te dane, którymi obecnie dysponujemy, rewolucjonizują rozumienie naszej gwiazdy i gwiazd we wszechświecie, mówi Nicola Fox, dyrektor Wydziału Fizyki Słońca w NASA.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Fizycy z Uniwersytetu w Sztokholmie i Instytutu Fizyki im. Maxa Plancka zaproponowali rewolucyjny sposób na zarejestrowanie istnienia ciemnej materii. Uczeni chcą wykorzystać plazmę i specyficzną antenę do zarejestrowania aksjonów. Jedna z teorii mówi, że jeśli aksjony istnieją, to właśnie one mogą tworzyć ciemną materię.
      Szukanie aksjonów jest jak dostrajanie radia. Trzeba ustawić antenę tak, by złapać odpowiednią częstotliwość. W tym wypadku zamiast muzyki 'usłyszymy' ciemną materię, przez którą podróżuje Ziemia. Przez ostatnie trzy dekady, od czasu nadania im nazwy przez Franka Wilczka, aksjony były jednak ignorowane i nie poszukiwano ich metodami eksperymentalnymi, mówi główny autor obecnych badań, doktor Alexander Millar z Uniwersytetu w Sztokholmie.
      Z przeprowadzonych właśnie badań wynika,że wewnątrz pola magnetycznego aksjony powinny wytwarzać niewielkie pole magnetyczne, które można wykorzystać do wywołania oscylacji w plazmie. Te oscylacje wzmocnią sygnał z aksjonów, dzięki czemu możemy uzyskać lepsze 'aksjonowe radio'. Zwykle podobne eksperymenty prowadzi się w rezonatorach, jednak to, co proponują uczeni ze Szwecji i Niemiec ma olbrzymią zaletę – brak tutaj ograniczeń co do możliwości wzmacniania sygnału. Różnica jest taka, jak pomiędzy próbami złapania sygnału z krótkofalówki albo z radiowej wieży nadawczej.
      Bez zimnej plazmy nie może dojść do konwersji aksjonów w światło. Plazm odgrywa tutaj podwójną rolę. Tworzy środowisko pozwalające na konwersję i dostarcza plazmonów zbierających energię przemienionej ciemnej materii, mówi doktor Matthew Lawson ze Sztokholmu. To całkowicie nowy sposób poszukiwania ciemnej materii, który pozwoli na poszukiwanie w zupełnie niebadanych obszarach jednego z najlepszych kandydatów do tego miana, dodaje Millar.
      Rolę 'aksjonowego radia' ma odegrać coś, co naukowy nazwali 'drucianym metamateriałem'. Ma to być zbiór przewodów cieńszych od ludzkiego włosa, które mogą być poruszane, by zmienić częstotliwość drgań plazmy. Jeśli umieści się je wewnątrz silnego magnesu, takiego, jakie są używane w maszynach do rezonansu magnetycznego, 'druciany metamateriał' stanie się bardzo czułą anteną nasłuchującą aksjony. Urządzenie takie zostało nazwane haloskopem plazmowym.
      Naukowcy z Uniwersytetu w Sztokholmie i Instytutu Maxa Plancka prowadzili co prawda badania teoretyczne, ale ściśle przy tym pracowali z grupą eksperymentatorów z Berkeley. Teraz Amerykanie zajmują się pracami koncepcyjymi nad odpowiednim eksperymentem i mają nadzieję, że w najbliższej przyszłości uda im się zbudować odpowiednie urządzenie do poszukiwania aksjonów. Haloskopy plazmowe to jeden ze sposobów na poszukiwanie aksjonów. Fakt, że ludzie zajmujący się badaniami eksperymentalnymi tak szybko zainteresowali się naszą pracą jest bardzo ekscytujący i daje nadzieję, że zostaną przeprowadzone odpowiednie eksperymenty, cieszy się Millar.
      Ze szczegółami badań można zapoznać się na łamach Physical Review Letters.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Na MIT powstał sterowany za pomocą pola magnetycznego robot podobny do nici, który może przemieszczać się w wąskich poskręcanych naczyniach krwionośnych, np. w naczyniach w mózgu. W przyszłości tego typu roboty, po połączeniu z innymi dostępnymi technologiami, mogą zostać użyte do szybkiego leczenia zatorów cy uszkodzeń w mózgu.
      Udar mózgu jest obecnie piątą przyczyną śmierci i główną przyczyną niepełnosprawności w USA. Jeśli leczenie ostrego udaru rozpocznie się w ciągu pierwszych 90 minut, to szanse pacjenta na przeżycie znacząco rosną, mówi profesor Xuanhe Zhao. Jeśli mielibyśmy urządzenie, które pozwoliłoby na usunięcie zatoru w ciągu tej „złotej godziny”, moglibyśmy potencjalnie uniknąć uszkodzenia mózgu. Z taką właśnie nadzieją pracujemy.
      Obecnie w celu usunięcia zatoru w mózgu zwykle przeprowadza się procedurę polegającą na wprowadzeniu do tętnicy udowej cewnika, który dociera do mózgu. Później wykorzystywany jest jeszcze stent, za pomocą którego usuwa się skrzep.
      To długotrwała procedura, wymagająca obecności specjalnie przeszkolonego chirurga, który ponadto otrzymuje podczas niej dawkę promieniowania, służącego do obrazowania przebiegu operacji. To wymagający zabieg. Nie ma wystarczająco dużo chirurgów, którzy potrafią go wykonać. Szczególnie na terenach podmiejskich i wiejskich, mówi Yoonho Kim, jeden z autorów badań. Procedura wymaga ręcznego sterowania narzędziami, które wykonane są z metalu pokrytego polimerem. Ten z kolei może uszkadzać wyściółkę naczyń krwionośnych.
      Zespół z MIT postanowił pójść inną drogą. Naukowcy przez ostatnie lata pogłębiali swoją wiedzę na temat hydrożeli oraz produkowanych technologią druku 3D materiałach sterowanych za pomocą pola magnetycznego. Teraz połączyli swoją wiedzę i stworzyli sterowaną magnetycznie pokrytą hydrożelem nić, którą podczas testów przeprowadzili przez dokładny model 1:1 naczyń krwionośnych mózgu.
      Rdzeń robotycznej nici jest wykonany z nitinolu, czyli stopu niklu i tytanu. To materiał jednocześnie giętki i sprężysty. Został on pokryty specjalnym tuszem połączonym z nitinolem za pomocą cząstek magnetycznych, a całość pokryto hydrożelem, materiałem, który jest biokompatybilny, gładki, nie uszkadza naczyń krwionośnych i nie wpływa na reakcję leżących pod nim cząstek magnetycznych. Następnie za pomocą dużego magnesu wykazali, że są w stanie precyzyjnie sterować urządzeniem.
      Stworzyli też silikonowy model naczyń krwionośnych mózgu, który wypełnili płynem o podobnej lepkości co krew, a następnie przeprowadzili swoją robotyczną nić przez naczynia.
      Kim mówi, że ich nić można wyposażyć w różnego typu funkcje. Może ona np. dostarczać do miejsca zatoru leki rozpuszczające zakrzep czy rozbijać go za pomocą lasera. Na potrzeby badań uczeni zastąpili nitinol światłowodem i wykazali, że są taki robot również może dotrzeć do miejsca zakrzepu, a oni są w stanie aktywować laser na żądanie.
      Przeprowadzono też porównanie robotycznej nici pokrytej i niepokrytej hydrożelem. Okazało się, że żel ułatwiał przemieszczanie się i zapobiegał utknięciu nici w wąskich naczyniach.
      Jednym z wyzwań chirurgii jest nawigowanie przez złożoną sieć naczyń krwionośnych mózgu, które mogą mieć taką średnicę, iż dostępne cewniki nie są w stanie tam dotrzeć. Te badania dają nadzieję na rozwiązanie tego problemu i przeprowadzenie operacji bez konieczności otwierania czaszki, mówi profesor Kyujin Cho, z Narodowego Uniwersytetu Seulskiego.
      Kolejna dobra wiadomość jest taka, że skoro chirurg nie musi fizycznie popychać cewnika, gdyż nić jest sterowana za pomocą pola magnetycznego, nie musi on przebywać w sąsiedztwie źródła promieniowania wykorzystywanego do obrazowania przebiegu operacji. Już istniejące rozwiązania pozwalają na jednoczesne zastosowanie pola magnetycznego i fluoroskopii, więc lekarz może przebywać w innym pomieszczeniu, a nawet w innym mieście, kontrolując pole magnetyczne za pomocą dżojstika. Mamy nadzieję, że w kolejnym etapie badań będziemy mogli przetestować naszą technologię in vivo, cieszy się Kim.
       


      « powrót do artykułu
×
×
  • Create New...