Магнітна перемикання: Двигун за сонячними спалахами

Заморожений вимір

У ідеальному обмеженні MHD (ідеальна провідність, η_m → 0), індукційне рівняння зменшується до ∂B/∂t = ∇×(v×B). Альфвен довів у 1943 році, що це означає, що магнітні силові лінії ефективно «заморожені» в провідній рідині: якщо замкнений контур рідини рухається з потоком, через нього проходить постійний магнітний потік, і силові лінії ніколи не можуть проходити один через одного — їх топологія зафіксована. В астрономії цей обмежений дуже сильний: для активної сонячної області (L ≈ 10⁸ м, корональна опірність η_m ≈ 1 м²/с), час опору τ_R ≈ L²/η_m ≈ 10¹⁶ секунд, приблизно 10⁸ років. Силові лінії в короні відповідно до цього вимірювання повинні бути практично постійними.

Де знаходиться правило, яке замерзло

Це геометрія. Де протилежно направлені силові лінії стискаються разом, вони утворюють тонкий струмовий лист — і всередині цього листа масштаб довжини L різко зменшується, що призводить до колапсу місцевого часу дифузії, навіть не змінюючись η_m. Опірність, незначна всюди ще, раптово стає важливим. Силові лінії ламаються в нейтральній точці (X-точці) та знову з'єднуються у новій топології, безпосередньо перетворюючи збережену магнітну енергію на кінетичну енергію плазми та тепло, коли новоприєднані лінії різко натягуються та прискорюють вихідні струмені від X-точки.

Сонячні спалахи, підзаруси та корональні викиди мас

Під час сонячного спалаху реконнекція ліній коронного поля вивільняє 10²⁵-10²⁶ джоулів протягом декількох хвилин — що порівнюється з енергією кількох мільярдів ядерних бомб, одночасно прискорюючи частинки до швидкостей, близьких до швидкості світла. В земній біосфері цей процес живить геомагнітні підзаруси, вивільняючи накопичену енергію у вигляді часткового викиду частинок, що викликає відображення північного сяйва. Реконнекція під магнітною спіралкою також забезпечує енергетичний вихід при корональних викидах мас, які викидають мільярди тонн плазми в космос зі швидкістю 250-3000 км/с.

Швидке роз’єднання: парадокс

Ось загадка, яка трималася декілька десятиліть: класична модель Sweet-Parker резистивного роз’єднання через довге та тонке струмене відсічення передбачає швидкість, настільки повільну, що для вивільнення енергії спалаху в короні знадобиться мільйони років — проте справжні спалахи відбуваються за лічені хвилини. Швидкі моделі роз’єднання, зокрема геометрія Petschek, опосередкована ударними хвилями, та нещодавня нестабільність плазмоїд (коли струмене відсічення фрагментується на ланцюг магнітних островів), пояснюють цю різницю завдяки високо локалізованому зрізанню струменів, що дозволяє роз’єднанню відбуватися зі швидкістю, близькою до швидкості Альвена, а не з такою повільною швидкістю, як резистивне дифузія.

Frequently asked questions

Спробуйте наживо

Усе, що вище, працює прямо у вашому браузері — відкрийте the simulation і змінюйте параметри під час роботи. Нічого не встановлюється, нічого не завантажується на сервер, уся модель живе в одній вкладці.