Ученые раскрыли секрет нагрева атмосферы Солнца

21.02.21 09:30

Наука, техника, образование

Данные, полученные в результате совместных наблюдений за Солнцем ракетного зонда CLASP2 и японского научного спутника Hinode, позволили ученым измерить напряженность магнитного поля в хромосфере Солнца над одной из активных областей. Впервые силовые линии магнитного поля проследили вплоть до верхних слоев солнечной атмосферы. Результаты исследования опубликованы в журнале Science Advances.

Несмотря на то, что Солнце — самый яркий объект на небе, многие процессы, протекающие на его поверхности, остаются загадкой для ученых. В частности, до сих пор не изучен механизм чрезвычайно высокого нагрева верхних слоев атмосферы Солнца: короны (до 1 миллиона Кельвинов) и лежащей под ней хромосферы (до 10 000 Кельвинов) по сравнению с солнечной поверхностью, температура которой составляет около 6000 Кельвинов.

Принято считать, что в нагреве солнечной короны ведущую роль играют магнитные поля, но, чтобы разобраться в деталях процесса, необходимо понять распределение силовых линий магнитного поля в хромосфере — слое, зажатом между короной сверху и фотосферой, видимой поверхностью Солнца, снизу.

Чтобы ответить на этот вопрос, ученые из ЯпонииСША и Европы разработали прибор CLASP2 — спектрополяриметр хромосферного слоя, который был запущен в космос 11 апреля 2019 года с помощью зондовой ракеты NASA.

В течение шести с половиной минут CLASP2 наблюдал в ультрафиолетовом излучении, исходящем из солнечной хромосферы, поляризацию самых сильных спектральных линий — водорода, магния и марганца. Уникальные высокоточные измерения прибора позволили определить составляющие магнитного поля в нижней, средней и верхней частях хромосферы над активной областью и ее окрестностями. Синхронные наблюдения японского спутника Hinode предоставили информацию о магнитном поле в плазме фотосферы на поверхности.

Обработав совмещенные данные, ученые под руководством Рёхко Исикавы (Ryohko Ishikawa), доцента Национальной астрономической обсерватории Японии (NAOJ), и Хавьера Трухильо-Буэно (Javier Trujillo Bueno), профессора Астрофизического института Канарских островов (IAC), обнаружили, что магнитное поле, сильно структурированное в фотосфере, в хромосфере быстро расширяется, распространяясь по горизонтали, а замкнутые силовые каналы, разбросанные по поверхности звезды, соединяются между собой по мере подъема. Причем самые сильные магнитные поля располагаются в нижней хромосфере.

Исследователи составили первую карту магнитного поля Солнца для одной из ярких областей, которые образуются около солнечных пятен. Проследив линии этого поля от светоизлучающей внешней оболочки звезды, фотосферы, до верхних пределов газового слоя, хромосферы, ученые обнаружили высокую корреляцию между плотностью энергии и интенсивностью магнитного поля.

По мнению авторов, это открытие дает понимание того, как энергия передается между внешними оболочками Солнца и доказывает, что верхнюю атмосферу Солнца нагревает его магнитное поле, которое и стимулирует солнечную активность.

Источник: РИА Новости

Редактор: Ксения


21.02.21 09:30

Российские ученые нашли источник космических нейтрино высоких энергий

Российские астрофизики отследили направления прихода из космоса нейтрино с высокими энергиями и пришли к неожиданному выводу: все они рождаются вблизи квазаров — мощных источников радиоизлучения в центрах далеких активных галактик. Результаты исследования опубликованы в журнале The Astrophysical Journal.

Считается, что в центрах активных галактик — объектов со светимостью в сотни миллионов солнц — располагаются сверхмассивные черные дыры, которые поглощают окружающее вещество. Эти активные галактики, или квазары, хорошо видны с Земли как оптическими, так и радиотелескопами.

Ученые из Московского физико-технического института (МФТИ), Физического института имени П. Н. Лебедева РАН (ФИАН) и Института ядерных исследований РАН (ИЯИ РАН) установили, что квазары служат источниками всех космических нейтрино с энергиями свыше триллиона электронвольт (ТэВ).

Нейтрино — мельчайшие элементарные частицы, у которых масса едва отлична от нуля, зато они могут пересекать Вселенную, практически не взаимодействуя с веществом и не встречая никаких препятствий на своем пути. Триллионы нейтрино в секунду проходят сквозь каждого человека на Земле, оставаясь совершенно незамеченными.

Для фиксации потока нейтрино авторы исследования использовали построенный в Антарктиде подледный детектор нейтрино IceCube объемом один кубический километр льда. Проанализировав данные, собранные за семь лет, ученые первоначально выбрали для анализа диапазон выше 200 ТэВ и выяснили, что все эти нейтрино родились в квазарах, точнее, в их центрах, где расположены массивные черные дыры, питающие аккреционные диски далеких галактик, а также создающие сверхбыстрые выбросы очень горячего газа.

Более того, они обнаружили связь между мощными вспышками радиоизлучения в этих квазарах и регистрацией нейтрино на черенковском детекторе IceCube. Поскольку нейтрино распространяются по Вселенной со скоростью света, они приходят к нам одновременно со вспышками. Теперь в своей новой статье исследователи утверждают, что все высокоэнергетические нейтрино, даже имеющие энергию десятки ТэВ, порождаются квазарами.

"Массовое рождение нейтрино в квазарах — теперь факт, с которым приходится считаться другим исследователям-астрофизикам. Это крайне важно для детального понимания процессов внутри активных галактик, которые приводят к выделению огромного количества энергии", — приводятся в пресс-релизе МФТИ слова первого автора статьи Александра Плавина, научного сотрудника МФТИ и ФИАН.

"Результат удивителен, поскольку для рождения нейтрино с энергиями, различающимися в сто — тысячу раз, нужны разные физические условия. Обсуждавшиеся ранее механизмы рождения нейтрино в активных галактических ядрах работали только при высоких энергиях. Мы предложили новый механизм рождения нейтрино в квазарах, который объясняет полученные результаты. Пока это приближенная модель, над ней надо работать, проводить компьютерное моделирование", — рассказывает соавтор открытия, главный научный сотрудник ИЯИ РАН, член-корреспондент Российской академии наук Сергей Троицкий.

В ближайшее время в России и зарубежных странах стартуют проекты, направленные на систематическое изучение космических источников нейтрино. В частности, в 2021 году российские ученые планируют получить первые данные с Байкальского подводного нейтринного телескопа Baikal GVD. Авторы исследования надеются, что новые наблюдения подтвердят их гипотезу о том, что источником почти всех нейтрино, которые попадают на Землю из космоса, служат сверхмассивные черные дыры.

Источник: РИА Новости

Редактор: Ксения

 


21.02.21 09:30

Измерен предел квантовой скорости перемещения атома

Физики из ГерманииИталии и США экспериментальным путем получили минимальное время, необходимое для перемещения атома из одного места в другое без изменения его квантового состояния. Результаты важны в том числе для определения предельного времени сложных операций в квантовых компьютерах. Исследование опубликовано в журнале Physical Review X.

Нарушения, связанные с воздействием окружающей среды, ухудшают производительность квантовых компьютеров, поэтому один из способов снижения внешних эффектов — производить расчеты как можно быстрее. Но в квантовом мире тоже есть свои ограничения скорости — слишком быстрое выполнение вычислений приводит к потере информации.

Для простых двухуровневых квантовых систем, таких как электрон, который может иметь два направления вращения, теоретический предел скорости был предсказан двумя советскими физиками Леонидом Мандельштамом и Игорем Таммом более 60 лет назад. Они показали, что максимальная скорость квантового процесса зависит от неопределенности энергии, то есть от того, насколько "свободна" управляемая частица по отношению к ее возможным энергетическим состояниям: чем больше у нее энергетической свободы, тем быстрее она может перемещаться.

Однако некоторые квантовые технологии, такие как атомные интерферометры, требуют, чтобы система перемещалась между многими квантовыми состояниями. Ограничения скорости таких многоуровневых систем до сих пор не были предсказаны или измерены.

Исследователи из Боннского университета вместе с коллегами из Массачусетского технологического института, университетов ГамбургаКельна и Падуи экспериментально выяснили, где именно находится этот предел. Для этого они использовали атом цезия и два лазерных луча, идеально наложенных друг на друга в противоположных направлениях. Такая суперпозиция, которую физики называют интерференцией, создала стоячую световую волну — последовательность возвышенностей и долин, которые никуда не двигаются.

"Мы загрузили атом в одну из этих долин, а затем привели в движение стоячую волну — это сместило положение самой долины, — приводятся в пресс-релизе Боннского университета слова руководителя исследования доктора Андреа Альберти (Andrea Alberti) из Института прикладной физики. — Наша цель состояла в том, чтобы доставить атом в нужное место в кратчайшие сроки, не выплеснув его из долины, образно говоря".

По словам авторов, чем глубже долина, в которой захвачен атом цезия, тем больше разброс энергий квантовых состояний в долине и, в конечном итоге, тем быстрее может переноситься атом. Однако энергетическая свобода частицы не может быть увеличена произвольно.

"Мы не можем сделать нашу долину бесконечно глубокой, это стоило бы нам слишком большого количества энергии, — объясняет Альберти. — Достичь ограничения Мандельштама — Тамма можно только в системах с двумя квантовыми состояниями: например, когда пункт отправления и пункт назначения очень близки друг к другу. Тогда материальные волны атома в обоих местах перекрываются и он может быть доставлен прямо к месту назначения за один раз, то есть без каких-либо промежуточных остановок, как телепортация".

Но когда расстояние увеличивается до нескольких десятков значений ширины волны, телепортация невозможна. В этом случае частица, чтобы достичь своего конечного пункта назначения, должна пройти несколько промежуточных состояний, и двухуровневая система становится многоуровневой.

Исследование показывает, что к таким процессам применим более низкий предел скорости, чем предсказывали два советских физика: он определяется не только неопределенностью энергии, но и числом промежуточных состояний, а его достижение связано не с максимальной скоростью, а с серией ускорений и замедлений.

Используя схемы с постоянной и переменной скоростью, авторы смогли перенести атомы цезия на расстояние 0,5 микрометра со скоростью примерно 17 миллиметров в секунду. При более высоких скоростях точность воспроизведения резко падала.

Ученые отмечают, что их выводы важны для квантовых вычислений и реализации проектов по созданию квантовых компьютеров, которые основаны на манипулировании многоуровневыми системами. Квантовые состояния очень хрупкие, они длятся лишь короткий промежуток времени, который физики называют временем когерентности. Поэтому важно упаковать в это время как можно больше вычислительных операций.

"Наше исследование показывает максимальное количество операций, которые мы можем выполнить за время когерентности. Это позволяет оптимально использовать его", — заключает Альберти.

Источник: РИА Новости

Редактор: Ксения

 


rombell

21.02.21 17:44

Поскольку нейтрино распространяются по Вселенной со скоростью света
Вот это - верно, только если нейтрино - безмассовые. А если они безмассовые, они не могут осциллировать. Но факт осцилляции надёжно установлен.
Таким образом, настоящий результат тут был бы в другом:
они приходят к нам одновременно со вспышками
, а стало быть, нейтрино распространяются со скоростью света
, а стало быть, вот она, Новая физика.

Поскольку это была бы сенсация офигенных размеров, то, скорее всего, опять "учёный изнасиловал журналиста" и всё переврали.

Изменен: 21.02.21 17:44 / rombell


МихаилМ

22.02.21 08:53

Я напомню всем любителям физики, что открытие нейтрино было связано с фактическим нарушением одной их физических аксиом - закона сохранения энергии. Часть энергии стала уходить вникуда, нарушая закон. И при попытке найти куда эта энергия девается, открыли нейтрино.
Это я к тому, что в науке тоже есть догматы, принимаемые на веру. Один из них - закон сохранения энергии.


Alanv

22.02.21 18:36

"Догматы", принимаемые на веру есть в любых науках. Они называются аксиомами.
А вот нарушение закона сохранения энергии неизбежно приведёт вас к уже тысячелетия назад не принимаемым проектам вечного двигателя...
Вообще-то любые законы сохранения суть отражение внутренних симметрий (тут - пространства-времени). И немногие из этих симметрий стали "несимметричными" за века. Иначе вы бы похоронили вообще всю физику, но, к счастью, нарушения не наблюдаются.
Кстати, нейтрино так было открыто, да. Но оно потом было ФИЗИЧЕСКИ ОБНАРУЖЕНО на тех самых детекторах. Тоже самое случилось и с позитроном (античастицами).

Изменен: 22.02.21 18:37 / Alanv


МихаилМ

23.02.21 09:59

Alanv,
но, к счастью, нарушения не наблюдаются


К счастью, или к несчастью - это не важно. Я всего лишь указал на существование догмата. Для вас это очевидно, а есть некоторые люди, верующие в тезис "наука доказала".


Таких догматов море. Вся современная астрономия строится на допущении что вакуум имеет одинаковые свойства во всей вселенной.


Я не ставлю под вопрос современную физику, просто надо понимать что существуют догматы которые научное сообщество принимает безусловно.


Alanv

23.02.21 12:43

Догмат 2 * 2 = 4 пока ещё никому жить не мешал... И я бы сказал, что в очень многом помог:)

А по каким таким причинам вакуум может получить разные свойства? По крайней мере ПОКА в обозримой вселенной такого не обнаружено. А вводить лишнее ничем неподтверждённое предположение из-за чьей-то простой хотелки, согласитесь, как-то глупо. А то ведь можно много предположить подобного, скажем, что электроны в разных частях Вселенной с чего-то разные. И с разными массой и зарядом. И вообще общих законов физики поэтому существовать не может. Только вот выводы о том, что они везде одинаковые прекрасно согласуются с миллионами наблюдений...

Изменен: 23.02.21 12:46 / Alanv


киборд

23.02.21 13:57

Догмат 2 * 2 = 4 пока ещё никому жить не мешал
- это не догмат, а сентенция, не содержащая информации -))
Если детерминировано десятичное исчисление и оператор умножения, то "2*2=4" автоматически из этого следует и ничего нового не утверждает.

А по каким таким причинам вакуум может получить разные свойства?
- по причинам желания получше объяснить некоторые наблюдаемые странности (например, скорости распостранения гравитационного взаимодействия, сильно превышающей скорость света).

можно много предположить подобного, скажем, что электроны
- скажем, что электроны имеют 4 спина, а не 2 (спины вообще - чисто волюнтаристкий постулат), ваши земляки из Питера выдвинули такое предложение в работе, я читал автореферат. А плюс данного допущения - возможность объяснить много интересного, напр. пресловутую "память воды".

прекрасно согласуются с миллионами наблюдений
(а когда не согласуются, физика предпочитает помалкивать. Потому что расширять и поправлять "постулаты науки"... это как-то муторно, знаете.)


laa

23.02.21 19:01

> киборд
Догмат 2 * 2 = 4 пока ещё никому жить не мешал
- это не догмат, а сентенция, не содержащая информации -))

Ошибаетесь. Это теорема с доказательством:
* *
* *
=
* * * *.
Аксиомой тут является независимость количества звездочек от направления счета. Одна из базовых симметрий нашего мира, если хотите.

Изменен: 23.02.21 19:03 / laa


Alanv

24.02.21 10:10

> киборд
Догмат 2 * 2 = 4 пока ещё никому жить не мешал
- это не догмат, а сентенция, не содержащая информации -))
Если детерминировано десятичное исчисление и оператор умножения, то "2*2=4" автоматически из этого следует и ничего нового не утверждает.

А по каким таким причинам вакуум может получить разные свойства?
- по причинам желания получше объяснить некоторые наблюдаемые странности (например, скорости распостранения гравитационного взаимодействия, сильно превышающей скорость света).

можно много предположить подобного, скажем, что электроны
- скажем, что электроны имеют 4 спина, а не 2 (спины вообще - чисто волюнтаристкий постулат), ваши земляки из Питера выдвинули такое предложение в работе, я читал автореферат. А плюс данного допущения - возможность объяснить много интересного, напр. пресловутую "память воды".

прекрасно согласуются с миллионами наблюдений
(а когда не согласуются, физика предпочитает помалкивать. Потому что расширять и поправлять "постулаты науки"... это как-то муторно, знаете.)
- Никакой сентенции. А базовые симметрии. Если вы возьмёте ДВА раза по ДВЕ спички хоть на Земле, хоть на Луне и сложите их хучь в линию, хучь кучкой (пространственные симметрии), в любом порядке - хучь первыми одни, хучь вторые (перестановочная симметрия) - вы сможете получить огонь из них РОВНО ЧЕТЫРЕ РАЗА...
- О, интересно. Назовём эти "наблюдения" "наблюдениями доктора Пилюлькина". И видвинем его на Нобелевку:))
- Как интересно... Авторы там ещё не доказали, что бозонов и фермионов вообще не существует? Хорошо хоть, что пока только в реферате. Не студенческом на первом курсе, не?:)) А то я читал упоминавшийся на ВиМе студенческий реферат простого звездолёта к Альфе Кентавра:) Долго смеялся:)
- Когда не согласуются, физика предпочитает поискать эти согласования. И, пусть не сразу, но пока что в 100% случаев рано или поздно находит. При этом не называет это "Божьей волей" или "магическим воздействием" - это да...

Изменен: 24.02.21 10:22 / Alanv


киборд

24.02.21 12:46

Ошибаетесь. Это теорема с доказательством:
- вы слишком расширили значение термина "теорема", хотя, на здоровье. "доказать, что 2А=2В, если А=В" - тоже теорема, угу.

ДВА раза по ДВЕ спички хоть на Земле, хоть на Луне
- йоу, спички с огнём на Луне какие-то ещё...
ЕЩЁ РАЗ: "2*2=4" - не догмат (не постулат), а следствие дефиниции десятичного исчисления и оператора умножения. Это НЕ догмат, а следствие (изобретённого, постулированного) инструментария.

И да. К бозонам, фермионам, и проч. вообще не применим критерий "существования". Это теоретические построения (химеры разума), работающие (или нет) на обобщение/объяснение наблюдаемых фактов. "Существует такое понятие/построение" обывателем преобразуется в "существует такая частица", но это не одно и то же. В науке решающим термином является "работает", а не "существует".

- Когда не согласуются, физика предпочитает поискать эти согласования.
- вы много работали в физике (прикладной, фундаментальной)? Да, предпочитает. Пытается... В меру сил. 4 спина у электрона - пример такой попытки. Нет, не студенческой.
Но вообще получается это всё у физики (на данный момент) неважно.


Biv

24.02.21 13:13

Различных симметрий и комбинированых симметрий в Стандартной Модели рассматривается "относительно много". Закон сохранения одна из симметрий. Нарушения одной из комбинированных симметрий, сейчас основной кандидат на объяснение преобладания материи над антиматерией.
Ссылка
"впервые удалось обнаружить довольно сильное несохранение CP-симметрии (или, как ее еще называют, комбинированной четности) в нейтринных осцилляциях. Подтверждение этого вывода, если таковое будет получено, может открыть путь к лучшему пониманию причин полного доминирования материи над антиматерией в нынешней Вселенной."


В квантовой хромодинамике с пространственными симметриями и комбинациями, совсем всё очень сложно ...

Изменен: 24.02.21 13:14 / Biv


МихаилМ

24.02.21 22:44

Alanv,
дважды два - это не догмат, а пример, выводимый из определения умножения.


А по каким таким причинам вакуум может получить разные свойства?


А по каким они одинаковые? Никак, кроме реального опыта это не проверить.


По крайней мере ПОКА в обозримой вселенной такого не обнаружено.


Я вам больше скажу - и одинаквого вакуума не обнаружено за пределами солнечной системы. Человек дальше просто банально не был.


А вводить лишнее ничем неподтверждённое предположение из-за чьей-то простой хотелки, согласитесь, как-то глупо. А то ведь можно много предположить подобного, скажем, что электроны в разных частях Вселенной с чего-то разные. И с разными массой и зарядом. И вообще общих законов физики поэтому существовать не может. Только вот выводы о том, что они везде одинаковые прекрасно согласуются с миллионами наблюдений...


Возможно даже такое, что кое-где есть огромные массы антиматерии.
Я не предлагаю вводить ничем не обоснованные теории и верить в них. Я предлагаю всего лишь осознать что:
1. в науке есть догматы.
2. в науке полно допущений, которые кажутся правдоподобными, но ничем, кроме логики, не подтверждёнными.
Если вас убеждает чисто логический подход, то ознакомьтесь с физикой Аристотеля.


При этом не называет это "Божьей волей" или "магическим воздействием" - это да...


Основные физические константы (всякие постоянные Планка и иже с ними) - числа, не выводящиеся вообще ни откуда, кроме опыта. Почему так устроенная природа, что числа именно такие, а не другие? Возможно божья воля, а возможно и вправду вселенная устроена от балды.


Размещение комментариев доступно только зарегистрированным пользователям