Физики, работающие в области космической плазмы, умело использовали космический корабль «Улисс» и солнечный минимум, чтобы создать массивный виртуальный лабораторный стол, чтобы обеспечить уникальный тест науки, лежащей в основе турбулентных потоков.
У исследователей есть идеальная математическая модель турбулентности в жидкостях (идеальная, потому что модель представляет собой бесконечно большой поток). Они также смогли измерить, как такая турбулентность нарастает с течением времени, измерив, как этот турбулентный поток материала колеблется, когда он пересекает или сталкивается с ограничивающей стеной в небольших замкнутых ящиках в лаборатории. Однако до сих пор у исследователей не было доступа к средствам проведения гораздо более крупномасштабных экспериментов для проверки идеальной турбулентности.
Однако астрофизики плазмы Уорикского университета профессор Сандра Чепмен и доктор Рут Никол нашли особенно элегантное решение, чтобы заполнить этот экспериментальный пробел, используя космический корабль Ulysses и два солнечных минимума для картирования турбулентности энергий турбулентности солнечного ветра. - магнитогидродинамический (МГД) поток.
Обычно «шум» от сильных извержений на Солнце нарушает турбулентный поток. Контроллеры «Улисса» ловко ухитрились, чтобы космический корабль проходил над каждым из полюсов Солнца во время двух разных солнечных минимумов, что позволило не только собрать данные, но и сравнить два разных уровня энергии в турбулентном потоке. Уровень турбулентности снизился в 2 раза в самый последний солнечный минимум по сравнению с предыдущим.
Космический аппарат смог зафиксировать состояние турбулентных потоков, обтекающих его со скоростью 750 км/с на расстоянии до 2 км/с.83 астрономические единицы от Солнца. По сути, это позволило космическому кораблю зафиксировать развивающуюся турбулентность как поток, поднимающийся к положению спутника, который затем стал похож на водослив в космосе, создав виртуальный замкнутый лабораторный ящик для проверки развития потоков с течением времени, но замкнутый ящик, который закончился. Размер 200 миллионов миль.
Космический корабль вращался вокруг полюсов Солнца в двух очень разных солнечных минимумах с явными различиями в уровнях энергии, которые могли создать две очень разные формы развития турбулентности в солнечном ветре. Однако исследователи были удивлены, обнаружив явное сходство в измерениях двух «разных» солнечных ветров в каждый из солнечных минимумов, несмотря на то, что существовала значительная разница в уровнях энергии солнечного ветра во время двух разных солнечных минимумов (На 17% ниже плотность плазмы и на 15% ниже магнитное поле в более позднем солнечном минимуме)
Они обнаружили, что во всех полярных проходах космического корабля эволюция турбулентности в солнечном ветре управлялась одной и той же обобщенной масштабирующей функцией независимо от того, сколько энергии было в системе. Это предполагает, что существует универсальное основное свойство, управляющее развитием магнитогидродинамической турбулентности на конечных расстояниях - в данном случае конечное расстояние более 200 миллионов миль.
Профессор Сандра Чепмен также сказала: «Эти результаты являются не просто интересной частью астрофизики или исследования турбулентности, поскольку работа была проведена в «Центре синтеза, космоса и астрофизики» Уорикского университета, и результаты также были немедленно привлечь внимание наших коллег, заинтересованных в том, как развивается турбулентность в ограниченной плазме на Земле, которая когда-нибудь будет генерировать термоядерную энергию. Турбулентность представляет собой большую проблему для коллег, заинтересованных в том, чтобы удерживать горячую плазму в ограниченном пространстве достаточно долго, чтобы произошло горение и генерация термоядерной энергии, и это может дать этим коллегам некоторые ценные новые идеи.