Wetenschap
Astrofysici werken aan de unificatie van het turbulentieraamwerk:de overgang van zwak naar sterk ontdekt in turbulentie
Turbulentie is alomtegenwoordig in de natuur. Het bestaat overal, van ons dagelijks leven tot het verre universum, terwijl het door Richard Feynman wordt bestempeld als ‘het laatste grote onopgeloste probleem van de klassieke natuurkunde’. Prof. Dr. Huirong Yan en haar groep van het Instituut voor Natuurkunde en Sterrenkunde van de Universiteit van Potsdam en DESY hebben nu een lang voorspeld fenomeen ontdekt:de zwakke naar sterke overgang in plasmaturbulentie in de ruimte met kleine amplitude.
De ontdekking werd gedaan door het analyseren van gegevens van ESA's Cluster-missie, een constellatie van vier ruimtevaartuigen die in formatie rond de aarde vliegen en onderzoeken hoe de zon en de aarde met elkaar omgaan. Het onderzoek is gepubliceerd in het tijdschrift Nature Astronomy .
De zwak-naar-sterke overgang in Alfvénische turbulentie is de meest kritische, maar observationeel onbevestigde, voorspelling van de magnetohydrodynamische (MHD) turbulentietheorie in de afgelopen drie decennia. Het is uitzonderlijk moeilijk omdat de driedimensionale bemonstering van turbulentiefluctuaties nog niet beschikbaar was. Daarom heeft het onderzoeksteam nieuwe analysemethoden voor meerdere ruimtevaartuigen ontwikkeld om driedimensionale informatie over snelheids- en magnetische veldfluctuaties te verkrijgen, waardoor directe vergelijkingen tussen waarnemingen en theorie mogelijk zijn.
"De observationele bevestiging van de overgang van zwak naar sterk lost de laatste puzzel in de MHD-turbulentietheorie op:het bewijst dat de turbulentie zichzelf organiseert van lineaire 2D-golfachtige fluctuaties naar sterke 3D-turbulentie tijdens de energiecascade (dat wil zeggen energieoverdracht over de hele wereld). schalen) met toenemende niet-lineariteit, ongeacht het aanvankelijke niveau van verstoringen, wat de universaliteit van sterke MHD-turbulentie benadrukt", zegt Huirong Yan, hoogleraar plasma-astrofysica aan de Universiteit van Potsdam en vooraanstaand wetenschapper bij DESY.
Als gevolg hiervan verdiepen deze bevindingen onze kennis van alomtegenwoordige turbulentie substantieel, en hun implicaties reiken verder dan de studie van turbulentie zelf, tot het transport en de versnelling van deeltjes, magnetische herverbinding, stervorming en alle andere relevante fysieke processen van onze aarde tot het verre universum.