Подтверждён предсказанный переход от слабой к сильной альфвеновской турбулентности в магнитогидродинамической теории
Открытие — предсказанное явление: переход от слабой к сильной турбулентности космической плазмы малой амплитуды — было сделано путем анализа данных миссии ЕКА «Кластер» — созвездия из четырех космических кораблей, летающих строем вокруг Земли и исследующих взаимодействие Солнца и Земли. Работа опубликована в журнале Nature Astronomy. Наблюдательное подтверждение перехода от слабого к сильному (альфвеновскому) решает последнюю загадку МГД-теории турбулентности: оно доказывает, что турбулентность самоорганизуется от линейных двумерных волнообразных флуктуаций к сильной трехмерной турбулентности во время каскада энергии (т. е. переноса энергии) с возрастающей нелинейностью, независимо от начального уровня возмущений.
Изображение турбулентных вихрей в магнитооболочке Земли в масштабе от крупного до мелкого, с возрастающей нелинейностью, на что указывает яркость.
Изображение предоставлено: Сики Чжао и Хуйжун Ян
Турбулентность присутствует в природе повсеместно. Она существует повсюду, от нашей повседневной жизни до далекой Вселенной, а Ричард Фейнман назвал ее «последней великой нерешенной проблемой классической физики». Профессор доктор Хуйронг Ян и ее группа из Института физики и астрономии Потсдамского университета и DESY обнаружили давно предсказанное явление: переход от слабой к сильной турбулентности космической плазмы малой амплитуды.
Открытие было сделано путем анализа данных миссии ЕКА «Кластер» — созвездия из четырех космических кораблей, летающих строем вокруг Земли и исследующих взаимодействие Солнца и Земли. Исследование опубликовано в журнале Nature Astronomy.
Переход от слабой к сильной альфвеновской турбулентности является наиболее важным, но не подтвержденным наблюдениями предсказанием магнитогидродинамической (МГД) теории турбулентности за последние три десятилетия. Это исключительно сложно, поскольку трехмерная выборка пульсаций турбулентности еще не была доступна. Поэтому исследовательская группа разработала новые методы анализа нескольких космических аппаратов для получения трехмерной информации о флуктуациях скорости и магнитного поля, что позволяет напрямую сравнивать наблюдения и теорию.
«Наблюдательное подтверждение перехода от слабого к сильному решает последнюю загадку МГД-теории турбулентности: оно доказывает, что турбулентность самоорганизуется от линейных двумерных волнообразных флуктуаций к сильной трехмерной турбулентности во время каскада энергии (т. е. переноса энергии) с возрастающей нелинейностью, независимо от начального уровня возмущений, подчеркивая универсальность сильной МГД-турбулентности», — говорит Хуйронг Ян, профессор плазменной астрофизики в Потсдамском университете и ведущий научный сотрудник DESY.
В результате эти открытия существенно углубляют наши знания о вездесущей турбулентности, а их последствия выходят за рамки изучения самой турбулентности и включают перенос и ускорение частиц, магнитное пересоединение , звездообразование и все другие соответствующие физические процессы от нашей Земли до отдаленной Вселенной.
