solitoniaalto kulkee kohti Havaijin saaren rantaa (kuva: Robert I Odom / Washingtonin yliopisto) vuonna 1995 tutkijat toistivat solitoniaallon, jonka John Scott Russell löysi ensimmäisen kerran vuonna 1834 unionin kanavasta (Kuva: Matematiikka, Heriot-Watt University) 
Mainos
solitoniaalto havaittiin 30. maaliskuuta 2002 kolmella Cluster-avaruusaluksella-Salsa (punainen), Rumba (vihreä) ja Tango (sininen) (kuva: Raoul Trines / Rutherford Appleton Lab)
avaruudessa on havaittu epätavallinen sähköhäiriö, joka kulkee muuttumattomana maata ympäröivän ionisoituneen kaasun läpi. Cluster-niminen Eurooppalainen avaruuslento havaitsi ”solitoniaallon”, joka on samankaltainen ilmiö kuin itsenäiset solitonit, jotka voivat kulkea optisia kuituja ja vesikanavia pitkin maapallolla. Tämä on ensimmäinen tunnettu solitoni avaruudessa.
Aalto rekisteröitiin Cluster-lennon neljän avaruusaluksen mittaamien sähkökenttien muutoksena. Ne kiertävät maata ja tarkkailevat lähellä olevia hiukkasia ja kenttiä, erityisesti magnetosfäärissä, vyöhykkeellä, jossa Maan magneettikenttä on hallitseva voima.
vuoden 2002 Klusteritietojen analyysin mukaan solitoniaalto alkoi noin 50 000 kilometrin päässä Maasta ja kulki kohti planeettaa noin 8 kilometrin sekuntivauhdilla. Tekijät arvelevat sen syntyneen magnetopaussin, magnetosfäärin reunan, turbulenssista.
joten pähkinänkuoressa, mikä on solitoni?
solitoni on yksittäinen, hyvin määritelty aalto, joka voi kulkea pitkän matkan pitäen samalla muotoa. Vedessä solitoni voi olla esimerkiksi kyttyrän tai Kinkin muotoinen, jolloin veden pinta yhtäkkiä nousee tai laskee.
miten se eroaa tavallisesta aallosta?
paikallinen kyttyrän muotoinen aalto yleensä levittäytyy ja lysähtää; solitoni on juuri oikean muotoinen, jotta sitä ei tapahtuisi.
myös yhden puhtaan aallonpituuden aaltoileva aalto voi kulkea muuttumattomana, mutta useimmat todelliset aallot ovat monimutkaisempia. Esimerkiksi yksittäinen, kyttyrän muotoinen aalto, jota ympäröi tasainen vesi, koostuu todellisuudessa monien aallonpituuksien komponenteista. Vedessä pidemmät aallonpituudet kulkevat yleensä lyhyempiä aallonpituuksia nopeammin,joten ne lähtevät pian liikkeelle ja alkuaalto leviää.
myös Aallon muodolla on kuitenkin merkitystä. Solitonissa muoto on tarkasti viritetty hidastamaan kärsimättömiä pidempiä aallonpituuksia ja nopeuttamaan hitaita lyhyempiä aallonpituuksia, jotta ne pysyisivät tarkoissa askeleissa.
(tai geek-puheessa solitonin Fourier-hajoaminen on sellainen, että lineaarista dispersiota tasapainottavat epälineaariset vaikutukset.)
milloin ne löydettiin?
elokuussa 1834 John Scott Russellin kirjoittamana. Kun hän oli ratsastamassa Union Canalin varrella lähellä Edinburghia Skotlannissa, hän huomasi oudon aallon nousevan veneen keulaan (selaa alaspäin kuvaa varten). Veneen pysähdyttyä Aalto jatkoi matkaansa,”olettaen suuren yksinäisen kohouman, pyöristyneen, sileän ja hyvin määritellyn vesikasan muodon, joka jatkoi kulkuaan uomaa pitkin ilmeisesti ilman muotomuutosta tai nopeuden vähenemistä”.
missä muualla solitoneja esiintyy?
optisissa kuiduissa solitonit voivat kulkea tuhansia kilometrejä, ja niitä voidaan käyttää tiedon kuljettamiseen. Niillä saattaa olla jokin perustavanlaatuinen merkitys hiukkasfysiikassa.
myös meressä ja ilmakehässä on solitoniaaltoja, Josephsonin liitoksiksi kutsutuissa magneeteissa ja superjäähdytteisissä laitteissa ja nyt ilmeisesti avaruuden ionisoituneessa plasmassa.