Matemáticas del Viento Solar

jueves, 28 de febrero de 2013

Matemáticas del Viento Solar

14:14:00 | | Editar entrada Muchas áreas de la investigación científica - tiempo de la Tierra, las corrientes oceánicas, la efusión de la energía magnética del Sol - requieren mapeo de las características a gran escala de un sistema complejo y sus detalles intrincados de forma simultánea.
Al describir estos sistemas con precisión, se basa en numerosos tipos de entrada, a partir de observaciones del sistema, incorporando las ecuaciones matemáticas para aproximar las observaciones, correr simulaciones de computadora para tratar de replicar las observaciones, y en bicicleta de vuelta a través de todos los pasos para perfeccionar y mejorar los modelos hasta que encaja con lo que ha visto. En última instancia, los modelos de éxito ayudarán a los científicos describir, e incluso predecir, cómo funciona el sistema.
Comprender el sol y cómo el material y la energía que emite afecta el sistema solar es crucial, ya que crea un sistema dinámico de clima espacial que puede interrumpir la tecnología humana en el espacio, como las comunicaciones y el sistema de posicionamiento global (GPS).
Sin embargo, el sol y su prodigiosa corriente de partículas solares, llamado el viento solar, puede ser particularmente difícil de modelo, ya que los flujos de materiales a los límites exteriores del sistema solar que lleva a lo largo de sus propios campos magnéticos. Las fuerzas magnéticas añadir un juego extra de estatutos para incorporar al tratar de determinar lo que se rige el movimiento. En efecto, hasta ahora, las ecuaciones para ciertos aspectos de la viento solar nunca han sido exitosamente ideado para correlacionar las observaciones vistas por instrumentos en el espacio. Ahora, por primera vez, un científico de la NASA Goddard Space Flight Center en Greenbelt, Maryland, ha creado un conjunto de las ecuaciones necesarias, publicado en Physical Review Letters el 4 de diciembre de 2012.
"Desde la década de 1970, los científicos han sabido que el movimiento en el viento solar a menudo tiene las características de un tipo de onda se denomina onda Alfvén", dice Aaron Roberts, científico espacial en Goddard. "Imagina que tienes una cuerda para saltar y usted mueve un extremo para que lo envía ondas abajo de la cuerda. Ondas de Alfvén son similares, pero la cuerda en movimiento es una línea de campo magnético."

Un flujo constante de partículas y corrientes de ondas electromagnéticas del Sol hacia la Tierra, que está rodeado por una burbuja protectora llamada la magnetosfera. Un científico de la NASA Goddard ha ideado recientemente, por primera vez, un conjunto de ecuaciones que pueden ayudar a describir las olas en el viento solar conocida como ondas de Alfvén. Crédito: Agencia Espacial Europea (ESA)

Las ondas de Alfvén en este caso tienden a tener una gran consistencia en altura - o amplitud, que es el término común cuando se habla de ondas - pero son en direcciones aleatorias. Se podría pensar en ello como una cuerda de saltar girando, siempre a la misma distancia del centro, pero no obstante puede estar en muchos lugares en el espacio. Otra manera como los científicos han previsto las olas es como una "caminata al azar en una esfera." Una vez más, siempre la misma distancia de un centro dado, pero con una colocación variable.
Tales descripciones metafóricas se basan en lo que los instrumentos en el espacio han, de hecho, observado cuando ven pasar ondas magnéticas en el viento solar. Pero resulta que las ecuaciones para describir este tipo de movimiento - Ecuaciones necesarias para avanzar en modelos científicos de todo el sistema - no se encuentran fácilmente.
"El enigma ha de entender por qué la amplitud es tan constante", dice Roberts. "Pero ha sido muy difícil encontrar las ecuaciones que satisfacen todas las características del campo magnético".
Ondas similares están, de hecho, visto a la luz, conocido como ondas polarizadas. Pero los campos magnéticos tienen restricciones adicionales sobre qué formas y configuraciones son aún posibles. Roberts encontrado una forma de superposición numerosas oleadas de diferentes longitudes de onda de tal manera que en última instancia hace la variación en amplitud lo más pequeña posible.
Para su sorpresa, la Roberts ideó ecuaciones corresponde lo que se observó más de cerca de lo que había esperado. No sólo las ecuaciones muestran olas de amplitud constante, pero también mostraron ocasionales saltos aleatorios y los cambios agudos - una característica inexplicable visto en las observaciones mismas.
"La superposición de las ondas de esta manera nos da una manera de escribir las ecuaciones que no teníamos antes", dice Roberts. "También tiene esta consecuencia bonito que es más realista de lo que esperábamos, ya que muestra discontinuidades que realmente vemos en el viento. Esto es importante para las simulaciones y modelos donde queremos comenzar con las condiciones iniciales que son lo más cercano a lo observado solar viento como podamos. "
Por supuesto, tener una ecuación todavía no nos dicen la razón por la cual las olas en el viento solar se forman de esta manera. Sin embargo, las ecuaciones que describen cómo las ondas se mueven abrir la puerta a las simulaciones cada vez más precisas que bien pueden ayudar a explicar estas causas. Por alternativamente mejorar los modelos y la mejora de las observaciones, los científicos continúan la naturaleza cíclica de este tipo de investigación, hasta justo lo que la acción física sobre el sol hace que estas ondas de Alfvén curiosamente en forma algún día se hace evidente.
Referencia: NASA