Astrofysikere arbejder hen imod forening af turbulensramme - svag-til-stærk overgang opdaget i turbulens

Turbulens er allestedsnærværende i naturen. Det eksisterer overalt, fra vores daglige liv til det fjerne univers, mens det bliver stemplet som "det sidste store uløste problem i klassisk fysik" af Richard Feynman. Prof. Dr. Huirong Yan og hendes gruppe fra Institut for Fysik og Astronomi ved University of Potsdam og DESY har nu opdaget et længe forudsagt fænomen:den svage til stærke overgang i rumplasmaturbulens med lille amplitude.

Opdagelsen blev gjort ved at analysere data fra ESA's Cluster-mission - en konstellation af fire rumfartøjer, der flyver i formation rundt om Jorden og undersøger, hvordan solen og Jorden interagerer. Forskningen er publiceret i tidsskriftet Nature Astronomy .

Den svage-til-stærke overgang i Alfvénisk turbulens er den mest kritiske, men observationsmæssigt ubekræftede forudsigelse af magnetohydrodynamisk (MHD) turbulensteori i de sidste tre årtier. Det er usædvanligt vanskeligt, fordi den tredimensionelle prøvetagning af turbulensudsving ikke var tilgængelig endnu. Derfor udviklede forskerholdet nye multirumfartøjsanalysemetoder for at opnå tredimensionel information om hastigheds- og magnetfeltsfluktuationer, hvilket muliggør direkte sammenligninger mellem observationer og teori.

"Den observationelle bekræftelse af overgangen fra svag til stærk løser det sidste puslespil i MHD-turbulensteorien:Det beviser, at turbulensen selvorganiserer sig fra lineære 2D-bølgelignende udsving til stærk 3D-turbulens under energikaskaden (dvs. skalaer) med stigende ikke-linearitet, uanset det oprindelige niveau af forstyrrelser, hvilket fremhæver universaliteten af ​​stærk MHD-turbulens," siger Huirong Yan, professor i plasmaastrofysik ved University of Potsdam og førende videnskabsmand ved DESY.

Som et resultat uddyber disse resultater væsentligt vores viden om allestedsnærværende turbulens, og deres implikationer strækker sig ud over selve studiet af turbulens til partikeltransport og acceleration, magnetisk genforbindelse, stjernedannelse og alle andre relevante fysiske processer fra vores Jord til det fjerne univers.

Flere oplysninger: Siqi Zhao et al., Identifikation af den svage-til-stærke overgang i alfvenisk turbulens fra rumplasma, Nature Astronomy (2024). DOI:10.1038/s41550-024-02249-0

Journaloplysninger: Naturastronomi

Leveret af University of Potsdam