Rekoneksja pola magnetycznego jest kluczowym procesem powodującym nagrzewanie i przyspieszanie cząsteczek podczas rozbłysków słonecznych. Uwzględnienie turbulencji nie było możliwe, dopóki nie stworzono symulacji numerycznych umożliwiających badanie sprzężonych zjawisk zachodzących w bardzo zróżnicowanych skalach.
Obserwowane z Ziemi rozbłyski słoneczne są wynikiem erupcji w strukturach pola magnetycznego związanych ze Słońcem w miejscach widocznych jako plamy. Aby lepiej zrozumieć podstawy fizyczne aktywności słonecznej, badacze korzystający z dofinansowania UE zajęli się zjawiskiem rekoneksji pola magnetycznego.
Klasyczne ujęcie opisujące rekoneksję tylko na jednej płaszczyźnie prądu nie pozwala wyjaśnić wysokiego tempa rekoneksji niezbędnego dla gwałtownego wyzwalania energii obserwowanego w rozbłyskach słonecznych. Ponadto występuje ogromna różnica między wejściową energią magnetyczną a strumieniami przyspieszonych cząsteczek.
Za cel projektu SERAF (Solar eruptions and flares: Bridging the gap) przyjęto wypełnienie luki między wymiarem wprowadzania energii (czyli grubością płaszczyzny prądu) a skalą rozpraszania energii. Podobny problem występuje w klasycznej dynamice płynów, gdy skala energii wejściowej (zazwyczaj średnica rurki) przekracza skalę cząsteczkową.
W płynach lepkich skale pośrednie są wypełniane przez kaskadę drobnych wirów, za pośrednictwem których następuje przenoszenie energii do krótszych skal. Partnerzy projektu SERAF podjęli próbę wyjaśnienia rozbieżności między skalami, posługując się koncepcją licznych wysepek magnetycznych (plazmoidów), które mogłyby odgrywać rolę wirów.
Odpowiadający tej teorii obraz turbulentnej rekoneksji magnetycznej zbadano szczegółowo z użyciem trójwymiarowych symulacji numerycznych obejmujących szeroki zakres skal. Naukowcom z projektu SERAF udało się odtworzyć badane zjawisko poprzez założenie fragmentacji płaszczyzny prądu w różnych skalach przestrzennych i czasowych oraz wykorzystanie możliwości przeskalowania równań magnetohydrodynamicznych (MHD).
Użyto kodów numerycznych MHD wykorzystujących metodę elementów skończonych w połączeniu z siatką samoadaptującą pozwalającą odwzorować powstawanie coraz to mniejszych plazmoidów. Wyniki symulacji zweryfikowano na podstawie obserwacji Słońca prowadzonych przy użyciu interferometru radiowego ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) znajdującego się w północnym Chile.
Kaskadowy mechanizm rekoneksji potwierdzony wynikami projektu SERAF pozwala pogodzić wielkoskalową dynamikę zjawisk erupcyjnych z małoskalową istotą przyspieszania cząsteczek. Tym samym znaleziono poszukiwane od dawna ogniwo łączące "klasyczne" i "chaotyczne" mechanizmy uwalniania energii w rozbłyskach słonecznych.
Nauki fizyczne i o środowisku - ostatnio dodane
poleca:
