Ученые из Университета Висконсина-Мэдисон совершили прорыв в астрофизике, определив механизм, объясняющий, как из хаоса космической турбулентности рождаются упорядоченные крупномасштабные магнитные поля. Результаты, полученные с помощью одной из самых сложных в истории компьютерных симуляций и опубликованные в журнале Nature, открывают новые перспективы для понимания множества явлений — от слияния нейтронных звезд до прогнозирования солнечной активности.

Прорыв после семидесяти лет научных поисков

Магнитные поля пронизывают Вселенную: они управляют солнечным ветром, участвуют в формировании галактик и влияют на движение частиц высоких энергий. Однако их природа десятилетиями оставалась для ученых загадкой. Главный парадокс состоял в следующем: наблюдаемые в космосе поля крупномасштабны и упорядочены, тогда как все существующие теории предсказывали, что турбулентность плазмы способна порождать лишь мелкомасштабный хаотичный магнетизм.

«Проблема генерации магнитных полей изучалась на протяжении 70 лет, и разочаровывающий результат был почти всегда один: смоделированные поля получались мелкомасштабными и крайне неупорядоченными, что противоречит наблюдениям, — объясняет Пол Терри, профессор физики в UW–Madison и старший автор исследования. — Эта работа потенциально решает давнюю проблему».

Исследовательская группа под руководством Биндеша Трипати, научного сотрудника Колумбийского университета, предложила новый подход, основанный на двух ключевых идеях. Ученые предположили, что недостающий элемент — это постоянный градиент скорости, который возникает, когда разные слои газа или плазмы движутся с разной скоростью. Подобное происходит, например, в недрах Солнца или при слиянии нейтронных звезд.

Критическая роль устойчивых градиентов скорости

«Учитывая, что турбулентность известна как разрушительный агент, оставался вопрос: как она может создавать что-то конструктивное и крупномасштабное?» — говорит Трипати. Ответ заключается в поддержании устойчивого градиента скорости.

С помощью беспрецедентной по своему масштабу симуляции использующей около половины мощностей суперкомпьютера Anvil в Университете Пердью, команда смоделировала поведение плазмы в сетке из 137 миллиардов точек. За почти 100 миллионов процессор-часов было сгенерировано 0.25 петабайта данных. Результат оказался однозначным: при наличии в модели устойчивого градиента скорости изначально хаотичные магнитные вихри со временем самоорганизовывались в единое упорядоченное поле. В симуляциях, где градиент скорости затухал, этого не происходило — оставался лишь хаос.

«Так что это и есть главный ключ: наличие устойчивого, крупномасштабного градиента скорости», — подчеркивает Трипати.

От лаборатории до космоса

Хотя напрямую проверить теорию в далеком космосе пока невозможно, она уже нашла подтверждение в земных условиях. Выяснилось, что новая модель точно описывает результаты лабораторного эксперимента 2012 года, проведенного в Wisconsin Plasma Physics Laboratory. Данные того эксперимента противоречили всем теориям, существовавшим на тот момент, но теперь идеально вписываются в новую модель.

Потенциал практического применения открытия огромен. «Эта работа может объяснить динамику магнитных полей, возникающих, например, при слиянии нейтронных звезд и формировании черных дыр, что имеет прямое отношение к мультимессенджерной астрономии», — отмечает Трипати. Кроме того, это поможет лучше понимать магнитные поля звезд и точнее прогнозировать выбросы солнечной плазмы в сторону Земли, влияющие на нашу «космическую погоду».

Передо мной стояла задача создать уникальный концепт фигурки Альбедо из «Оверлорда» и подготовить модель для печати.

Я провела детальный анализ существующих фигурок, чтобы моё изделие стало особенным. Разработка дизайна заняла месяц, и, наконец, эскиз утверждён!

Так родилась уникальная Альбедо. Она ещё в работе, многое предстоит доделать, но основную идею уже можно оценить.

Прикрепляю вам 2 варианта с покрасом и без, тот что с цветом съел много деталей, а без него их можно лучше разглядеть.

Мне хочеться получить 3D модель с текстурами. Мне очень понравился персонаж. Он очень-очень-очень милый.

Если получится сделать 3D модель то скиньте ссылку на неё в комментариях для скачивания.

Новые результаты моделирования NASA и Массачусетского технологического института указывают на неожиданный эффект таяния гренландских ледников. Потоки пресной воды, выходящие из-под языка ледника Якобсхавн, создают мощные восходящие течения, которые поднимают с глубины питательные вещества и стимулируют бурный рост фитопланктона в прибрежных водах.

По данным суперкомпьютерных расчётов системы ECCO-Darwin, в летние месяцы интенсивность цветения может увеличиваться на 15–40% по сравнению с естественным уровнем. Этот процесс подкрепляется спутниковыми наблюдениями: с 1998 по 2018 год в арктических морях зафиксирован рост биологической продуктивности на 57%, синхронный с усилением ледникового стока.

Учёные подчёркивают, что их выводы имеют серьёзную научную верификацию — работа опубликована в журнале Nature Communications: Earth & Environment. Однако исследование сталкивается и с ограничениями. Сложные морские условия вокруг Якобсхавна почти исключают длительные прямые измерения, поэтому ключевая опора сделана на моделирование. Кроме того, выводы относятся лишь к одному фьорду, тогда как у побережья Гренландии насчитывается более 250 ледников, и общая картина может быть куда разнообразнее.

Есть и научные неопределённости: модель упрощённо описывает биохимию океана, а влияние усиленного цветения на глобальный углеродный цикл неоднозначно. С одной стороны, рост фитопланктона увеличивает поглощение CO₂, с другой — химические изменения воды могут снижать её способность связывать газ.

Тем не менее работа открывает новую перспективу для понимания роли ледникового стока в экосистемах Арктики. Совмещение масштабных моделей и систематических измерений в полевых условиях, позволит окончательно определить, насколько таяние Гренландии действительно подпитывает океанскую жизнь.

Происходящие на Солнце процессы напрямую влияют на современные технологии, инфраструктуру, климат на Земле и самочувствие человека. Солнечные вспышки, коронарные выбросы и другие явления могут вызывать геомагнитные бури, нарушать работу космических спутников, телекоммуникаций и энергосетей. Необходимо отслеживать и прогнозировать солнечную активность, чтобы защитить критически важные объекты и улучшить понимание фундаментальных процессов, происходящих как на самом Солнце, так и в космосе в целом. Команда ученых Пермского Политеха и учеников Политехнической школы представили инновационную модель, которая, в отличие от текущих возможностей, способна предсказывать солнечную активность на 11 лет вперед. Этот прорыв имеет важное значение для стабильной работы космических технологий, энергосистем и проведения более точных климатических исследований.

Работа выполнена в рамках реализации программы стратегического академического лидерства «Приоритет-2030».

Солнечные вспышки, пятна и выбросы корональной массы (выбросы плазмы и магнитного поля из короны Солнца) генерируют мощные потоки заряженных частиц, которые взаимодействуют с магнитосферой Земли, вызывая геомагнитные бури. Эти явления могут нарушать работу спутников, телекоммуникаций, энергосистем, а также влиять на авиационные маршруты, проходящие через полярные регионы. Кроме того, солнечное излучение и ветер оказывают долгосрочное воздействие на атмосферу и магнитосферу планеты.

С помощью специальных моделей, которые учитывают динамические процессы внутри Солнца, специалисты составляют прогнозы о будущих всплесках солнечной активности. Зная о них заранее, можно планировать мероприятия по защите технологий, зависящих от космической погоды, корректировать траектории спутников и предупреждать авиакомпании о возможных рисках.

Существует много современных моделей, однако большинство из них способны давать прогнозы только на короткие сроки – на 6 часов вперед, 2-4 недели или 6 месяцев. Они не учитывают сложные физические процессы внутри Солнца, такие как сложное движение плазмы, конвекция и механизмы генерации магнитного поля, то есть все процессы, связанные с плазмой, появлением и преобразованием магнитных полей. Это приводит к неточностям в прогнозах, особенно на длительные периоды.

Ученые ПНИПУ представили собственную модель, основанную на теории солнечного динамо, которая учитывает эволюцию магнитных полей на Солнце. Это позволит увеличить срок прогнозирования, обеспечив более точные и надежные данные для планирования.

– Солнце – это не твердое тело, оно состоит из раскаленной плазмы, которая может двигаться относительно других слоев и областей. За счет этого движения формируются и поддерживаются магнитные поля. Они, в свою очередь, постоянно меняются, вращаясь и растягиваясь то вдоль экватора солнца, то поперек. Весь этот процесс называется солнечным динамо, который примерно каждые 11 лет обеспечивает циклическое образование, усиление и смену магнитного поля, а также воздействует на появление пятен и вспышек на Солнце. Наша модель построена на уравнениях, которые описывают эти процессы и тем самым позволяют воспроизвести этот 11-летний солнечный цикл, обеспечивая долгосрочный и точный прогноз, – объясняет Георгий Ташкинов, научный руководитель проекта, магистрант кафедры «Математическое моделирование систем и процессов» ПНИПУ, лаборант ИМСС УрО РАН.

Эффективность модели ученые доказали, сравнив полученные с ее помощью результаты с известными данными за последние несколько периодов прогнозирования (40-50 лет). Выявленная схожесть в построенных графиках достигает свыше 90% и позволяет утверждать о способности разработки создавать достоверные прогнозы на следующие 11 лет.

По словам разработчиков, новый продукт обеспечивает более точные и надежные данные для планирования, по сравнению с популярными зарубежными аналогами.

– Успешное применение нашей модели динамо, воспроизводящей тонкие свойства фазы основного солнечного цикла, – это важный шаг к построению надежного прогноза солнечной активности. Следующим этапом станет внедрение нейросетей нового поколения – Physics-Informed Neural Networks. В отличие от обычных нейросетей, которые учатся на данных, эти «нейросети-физики» будут основываться на фундаментальных уравнениях магнитной гидродинамики, описывающих процессы внутри Солнца. Это позволит создавать модели прогнозирования, которые не просто статистически точны, но и физически осмысленны. Мы ожидаем, что такой подход значительно повысит достоверность средне и долгосрочных прогнозов и даст нам более глубокое понимание физики солнечного динамо, – поделился Родион Степанов, профессор кафедры «Математическое моделирование систем и процессов» ПНИПУ, ведущий научный сотрудник ИМСС УрО РАН, доктор физико-математических наук.

Модель ученых Пермского Политеха полностью готова к использованию в научных и прикладных задачах и будет полезна для своевременного повышения безопасности и стабильности работы космических и наземных систем, зависящих от космической погоды.