Con un nuevo modelo 3-D de simulación de energía, científicos de Bochum en Alemania, y de Huntsville en Estados Unidos, estudian el “misterio físico” de la Voyager. Hace unos 30 años que la nave detectó partículas en el viento solar que estaban “más calientes” de lo que deberían de acuerdo con la teoría existente expuesta por el matemático Andrey Kolmogorov en 1941.
Los físicos de plasma de Bochum Prof. Padma Kant Shukla y el Dr. Dastgeer Shaikh de la Universidad de Alabama son, de esta forma, los primeros en verificar a través de una simulación por ordenador que las características no lineales de las turbulencias en el plasma del viento solar difiere del modelo común de la dinámica de fluidos. Los cinetíficos han publidado sus resultados en Physical Review Letters.
Reconocida durante los últimos 60 años: La ley de 5/3.
De acuerdo con la teoría de Kolmogorov existe una relación entre el tamaño de los remolinos y la cantidad de energía liberada o disipada por las partículas solares calientes. Cuanto menor es el remolino, más interactúa con sus alrededores, por lo que mayor es la pérdida de energía. Por ejemplo, esto puede observarse en la turbulencia causada por los pilares de un puente en el flujo de un río. La energía de los remolinos se disipan en los bordes, donde las turbulencias menores interactúan con el suave fluir del agua. La ley de Kolmogorov fija los exponentes para la relación entre el tamaño de la turbulencia y la energía en 5/3: En la dinámica de fluidos, la cantidad de energía liberada debería incrementarse en un factor de x5/3 cuando el tamaño del remolino se reduce en un factor de x.
La ley de 7/3: La eficiencia se incrementa en un 40 por ciento.
Las observaciones realizadas por la Voyager, otras naves y satélites demuestran que el flujo de energía en el plasma tiende a seguir una ley de 7/3 en lugar de la ley de 5/3 propuesta por Kolmogorov. El espectro de la dinámica de longitudes de onda en el plasma es por tanto significativamente mayor que en otros sistemas hidrodinámicos. La eficiencia de la transferencia de energía entre las partículas calientes transportadas por el viento solar y las partículas más frías se incrementa en un 50 por ciento. El modelo desarrollado por Shukla y Shaikh explica el súbito incremento por la interacción entre los campos magnéticos y las corrientes de flujo hacia fuera de átomos calientes, iones y electrones. El campo magnético es el responsable de las cascadas de energía. Influenciado y “restringido” por los campos magnéticos, los pequeños remolinos sirven para “proteger” la energía en ellos.
Explicación para gigantescas cantidades de energía cósmica
“Esto es lo mismo que sucede en un horno microondas”, dijo Shaikh. “Si no hay nada allí, las microondas salen sin liberar su energía. Pero las microondas absorbidas por la comida, provocan la liberación de energía y calentamiento de la comida”. “Este desarrollo de los dos científicos nos ayuda a comprender cómo las partículas de viento solar contienen enormes cantidades de energía. El Prof. Shukla continúa diciendo: “También podría explicar dónde logran su impulso los rayos cósmicos más rápidos y potentes”. Los científicos han fallado durante décadas al intentar encontrar un proceso natural plausible que pudiese explicar cómo algunos rayos cósmicos (átomos despojados de sus electrones) son acelerados a casi la velocidad de la luz.
Más información: 3D simulations of fluctuation spectra in the Hall-MHD plasma, Dastgeer Shaikh and P K Shukla, Physical Review Letters 102, 045004 (2009): DOI:10.1103/PhysRevLett.102.045004
Fecha Original: 27 de febrero de 2009
Enlace Original
Vía Ciencia Kanija
Imagen actualizada por la USNO
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