Turbulens är allestädes närvarande. Det finns överallt, från våra dagliga liv till det avlägsna universum, samtidigt som det betecknas som "det sista stora olösta problemet med klassisk fysik" av Richard Feynman. Professor Dr. Huirong Yan och hennes grupp från Institute of Physics and Astronomy vid University of Potsdam och Desy har nu upptäckt ett långförutsägt fenomen:den svaga till starka övergången i litet amplitudutrymme-turbulens.
Upptäckten gjordes genom att analysera data från ESA:s klusteruppdrag - en konstellation av fyra rymdskepp som flyger i formation runt jorden och undersöka hur solen och jorden interagerar. Forskningen publiceras i tidskriften Nature Astronomy .
Den svaga till starka övergången i alfvénisk turbulens är den mest kritiska men ändå observationsmässigt obekräftade, förutsägelsen av magnetohydrodynamisk (MHD) turbulensteori under de senaste tre decennierna. Det är exceptionellt svårt eftersom den tredimensionella provtagningen av turbulensfluktuationer inte var tillgängliga än. Därför utvecklade forskarteamet nya metoder för analys av flera rymdskepp för att få tredimensionell information om hastighets- och magnetfältfluktuationer, vilket möjliggör direkta jämförelser mellan observationer och teori.
"The observational confirmation of the weak-to-strong transition solves the last puzzle in MHD turbulence theory:It proves that the turbulence self-organizes from linear 2D wave-like fluctuations to strong 3D turbulence during the energy cascade (i.e., energy transfer across skalor) med ökande olinjäritet, oavsett den ursprungliga störningsnivån, som belyser universaliteten i stark MHD -turbulens, säger Huirong Yan, professor för plasma astrofysik vid University of Potsdam och ledande forskare vid Desy.
Som ett resultat fördjupar dessa resultat avsevärt vår kunskap om allestädes närvarande turbulens, och deras implikationer sträcker sig utöver studien av turbulensen till partikeltransport och acceleration, magnetisk återanslutning, stjärnbildning och alla andra relevanta fysiska processer från vår jord till det avlägsna universum.
Mer information: Siqi Zhao et al, Identifiering av den svaga till starka övergången i alfvénisk turbulens från rymdplasma, Nature Astronomy (2024). DOI:10.1038/s41550-024-02249-0
Journalinformation: Naturastronomi
Tillhandahålls av University of Potsdam
