Forskere simulerer, hvordan sammenhængende strukturer påvirker solvindvarme

Forskere fra Centrum Wiskunde &Informatica (CWI), det nationale forskningsinstitut for matematik og datalogi i Holland, har undersøgt, hvordan solvindpartikler accelereres og opvarmes. I særdeleshed, de opdagede, hvordan sammenhængende strukturer i solvinden, hvor de magnetiske felter og elektriske strømme forstærkes, påvirke den energioverførsel, der er ansvarlig for opvarmning. Resultaterne blev offentliggjort i Fysisk gennemgangsbreve den 19. marts 2018.

Solen udsender en konstant strøm af ladede partikler, som danner den såkaldte solvind. I nogen afstand fra solen, solvinden er varmere end forventet, hvilket betyder, at en proces stadig opvarmer partiklerne, selv efter at de forlader solatmosfæren. Et af de udestående spørgsmål inden for rumfysik er, hvor og hvordan denne opvarmning finder sted. Den langvarige hypotese er, at solen forårsager turbulens i den udsendte solvind. Den turbulens rører solvinden, og dermed accelererer og opvarmer partiklerne yderligere.

I mange turbulente strømme, store bevægelser (store hvirvler) påvirker små bevægelser (små hvirvler). Det betyder, at der er en energioverførsel mellem bevægelser på forskellige skalaer. Sådan er det også i den turbulente solvind. Imidlertid, i solvind, måden hvorpå energioverførslen sker, viser sig at være overraskende. Forskerne fandt ud af, at energioverførslen er meget inhomogen:den sker kun på bestemte steder. Faktisk, 80 procent af energioverførslen sker i omkring 50 procent af rummet.

I et blad udgivet i Fysisk gennemgangsbreve , CWI-forsker Enrico Camporeale, sammen med kolleger fra Italien og Frankrig, adresserer, hvorfor det er tilfældet. De fandt ud af, at visse strukturer i solvinden, hvor magnetfeltet og de elektriske strømme forstærkes, er ansvarlige for inhomogeniteten. Disse strukturer opstår naturligt i alle turbulente lavdensitetsplasmaer, hvilket solvind er et eksempel på. De er typisk i form af aflange plader, hvor magnetfeltet og de elektriske strømme er højere end andre steder.

Arbejdet fører til en bedre forståelse af plasmaturbulensen i solvinde. En dyb forståelse af dette fænomen er nødvendig for at udvikle bedre prognoser for skadelige solarrangementer, såsom energiske solvindpartikler, der kan beskadige satellitter og elnet.

For at nå deres konklusion, holdet brugte højopløsningssimuleringer, køre på det italienske supercomputercenter CINECAB. Ved at bruge en innovativ rumfilterteknik, de har været i stand til at beregne mængden af ​​energioverførsel fra store til små skalaer i forskellige områder af simuleringen, og at kvantificere betydningen af ​​sammenhængende strukturer.