Nye fund kan forbedre forståelsen af ​​potentielt skadelige solstorme

Når partikler, der bevæger sig hurtigt fra solen, rammer Jordens magnetfelt, de satte gang i reaktioner, der kunne forstyrre kommunikationssatellitter og elnet. Nu, forskere ved US Department of Energy's (DOE) Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) har lært nye detaljer om denne proces, der kan føre til bedre prognoser for dette såkaldte rumvejr.

Resultaterne viser, hvordan disse regelmæssige blaster af hurtigt bevægelige partikler fra solen interagerer med de magnetiske felter, der omgiver Jorden i et område kendt som magnetosfæren. Under disse soludgange, solens og jordens magnetfeltlinjer støder sammen. Feltlinjerne går i stykker og fastgør derefter igen, frigive enorme mængder energi i en proces kendt som magnetisk genforbindelse. Den energi spredes gennem magnetosfæren og ind i Jordens øvre atmosfære.

Rumfartøjer og computere giver indsigt

Forskerne udviklede et computerprogram, eller algoritme, automatisk at registrere boblelignende strukturer kaldet "plasmoider" i data indsamlet fra magnetosfæren. Programmet analyserede oplysninger indsamlet af NASA's Magnetospheric Multiscale (MMS) mission, en gruppe på fire rumfartøjer, der blev lanceret i 2015 for at undersøge genforbindelse i magnetosfæren.

"Præcis hvordan genforbindelse begynder og frigiver energi, er stadig et åbent spørgsmål, sagde Kendra Bergstedt, en kandidatstuderende i Princeton -programmet i plasmafysik på PPPL og hovedforfatter af papiret, der rapporterer resultaterne i Geofysiske forskningsbreve . "At få en bedre forståelse af denne proces kan hjælpe os med at forudsige, hvordan solstorme påvirker os her på Jorden. Vi kunne også få bedre indsigt i, hvordan genforbindelse påvirker fusionsreaktioner." Ud over, magnetisk genforbindelse er relevant for fusionsenergi, den kraft, der driver solen og stjernerne, som PPPL studerer i et forsøg på at kopiere.

Computerprogrammet leder efter mønstre i dataene og undgår inkonsekvenser, der kan opstå, hvis mønsterjagten var blevet udført af enkeltpersoner. "En person kan se på data og tro, at det er en særlig plasmoid struktur, mens en anden kunne se på det og være uenig, ”Sagde Bergstedt.

"Ved at bruge en algoritme med strenge kriterier, vi kan præcist sige, hvordan vi kategoriserede hver struktur og hvorfor. Der er stadig en vis skævhed - da algoritmen blev skrevet af et menneske med en subjektiv idé om, hvad der udgjorde en struktur - men ved at bruge en algoritme, der lettere kunne påpeges og kritiseres bias. "

Resultaterne kaster nyt lys over fremkomsten af ​​partikelenergi. "Der er løbende debat om, hvilke dele af den genforbindende region, der bidrager mest til partikelstrømning, og hvordan, "Vi fandt ud af, at de plasmoider i mindre skala, som vi undersøgte i genforbindelsesområdet, ikke bidrog stort til den samlede energi, der tilføres partiklerne fra magnetfelterne."

Dette fund var en overraskelse. "Vi forventede alle, at det meste af energien ville ske i disse plasmoider, som er fokus for både MMS -missionen og PPPL's ​​Magnetic Reconnection Experiment (MRX), "sagde Hantao Ji, fysiker ved PPPL og rådgiver for Bergstedts førsteårige forskningsprojekt, som genererede dette papir. "Disse resultater motiverede stærkt Facility for Laboratory Reconnection Experiment (FLARE), vores næste trin eksperiment, der har til formål at generere magnetisk genforbindelse i disse nye regimer med mange flere strukturer og al turbulens imellem. "

Resultaterne var bemærkelsesværdige, fordi fysikken er så kompleks. Mens forskere har gjort betydelige fremskridt med at forstå genforbindelse, der er stadig meget at lære. "Og at forstå sammenhængen mellem turbulens og genforbindelse er endnu sværere, "sagde Jongsoo Yoo, en PPPL-fysiker og medforfatter af papiret. "Kendra gjorde et godt stykke arbejde med at få nogle nye indsigter i processen."

Da hendes analyse kun blev anvendt på et begrænset område af magnetosfæren, Bergstedt håber, at algoritmen vil blive brugt til at studere andre regioner. ”Det var både en velsignelse og en forbandelse, at jeg så på sådan en lille region, "sagde hun." Det er en velsignelse, fordi jeg får set på dette ene system som helhed og ikke kan sammenligne fænomenerne i denne region med fænomenerne i en anden region. "