• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  •  science >> Vetenskap >  >> Fysik
    Snabb återanslutning i turbulenta medier

    Vorticitet av flöde i det turbulenta återanslutningsområdet (X är längs magnetfältets reverserande komponenter, Y är vinkelrätt mot det aktuella lagret). Det uppmätta spektrumet motsvarar förväntningarna hos MHD turbulenta teorin. Inga plasmoider ses för 3D -stationär magnetisk återanslutning. Upphovsman:Lazarian et al, 2020

    Solstormar, liknande många andra astrofysiska energiprocesser, är relaterade till magnetisk återanslutning. Under dessa händelser överförs magnetisk energi från andra energiformer, mestadels värme och energiska partiklar. Traditionellt, målet med olika modeller av magnetisk återanslutning var att förklara hastigheten för denna energiöverföring. Dock, fläckarna är bara en av de processer som innebär magnetisk återanslutning. Om man föreställer sig en komplex rörelse i ett högledande medium, magnetfältet, som antas frysas in i vätskan till följd av den berömda Alfven (1942) satsen, bör skapa korsningar mellan "knutar" som måste stoppa vätskans rörelse, om inte den magnetiska återanslutningen är snabb. Turbulenta rörelser, som är allestädes närvarande för astrofysiska vätskor med höga Reynolds -tal, presenterar ett typiskt exempel på sådana komplexa vätskerörelser.

    Den analytiska teorin presenterad i Lazarian &Vishniac (1999, hädanefter LV99) vittnar om att 3D-MHD-turbulens kan göra den magnetiska återanslutningen snabb, lösa problem relaterade till både bloss och att förklara dynamiken i turbulenta flöden. De numeriska svårigheterna som är förknippade med simuleringarna av återanslutning inom 3-D turbulenta flöden hindrade framstegen med att testa förutsägelserna för den turbulenta återanslutningsteorin. Som ett resultat, modeller som endast krävde 2-D numeriska simuleringar, dvs. den plasmoida återanslutningen (Loreiro et al 2007), blev mycket använd och jämfördes med observationer. Situationen har förändrats nyligen eftersom numeriska simuleringar med högre upplösning blev tillgängliga vilket gör testning av 3D-återanslutning möjlig.

    En ny recension i Lazarian et al. (2019, hädanefter LX19) sammanfattar det teoretiska, numeriska och observationsmässiga framsteg som uppnåtts inom området 3D-turbulent återanslutning. Numeriska simuleringar av skalan 2048x8982x2048 illustreras i figur 1. Simuleringarnas stora skala krävs för att utflödet ska vara tillräckligt tjockt för att få det turbulent. Dessa simuleringar vittnar om att vid 3D-tillväxttakten för den plasmoida instabiliteten är betydligt mindre än för Kelvin-Hemholtz instabilitet i utflödet. Därför, i 3D kan den magnetiska återanslutningen som förmedlas av plasmoider förväntas endast i det första skedet av återanslutningen, innan det turbulenta utflödet bildas.

    För en viss turbulensnivå, de numeriska simuleringarna visar den återanslutningshastighet som förväntas av LV99 -teorin. När det gäller bloss som involverar återanslutning, de har en naturlig förklaring inom den turbulenta återanslutningsmodellen. Enligt modellen, graden av magnetisk återanslutning ökar med turbulensnivån. Ökningen av materialutflödet ökar turbulensnivån och detta, i tur och ordning, ökar återanslutningshastigheten ytterligare. Detta är en flyktprocess.

    En av de mest dramatiska förutsägelserna för teorin om turbulent återanslutning är kränkningen av flussfrysning i turbulenta vätskor, den effekt som också framgångsrikt demonstrerades numeriskt.

    Plasmaeffekternas roll är en mycket omdiskuterad fråga i litteraturen med simuleringar som svarar för plasmaeffekter som vanligtvis visar återanslutningshastigheter snabbare än de i MHD -gränsen. I LX19 stöds teoretiska argument om den minskande betydelsen av plasmaeffekterna med ökningen av längden på det turbulenta återanslutningsområdet av numeriska simuleringar. PIC -simuleringarna som presenteras i granskningen ger resultat som överensstämmer med de som erhålls med MHD -simuleringar.

    LX19 innehåller en lista över observationer som stöder den turbulenta återanslutningsteorin. Dessa inkluderar både solobservationer, solvindmätningar, data om Parkerspiralen, etc.

    På grund av framstegen i 3D-numeriska simuleringar, modellen för turbulent återanslutning har visat sin giltighet. Modellen har en uppsättning förutsägelser som kan testas observationsmässigt. Studier av solanslutning, se Chitta &Lazarian (2019), ge ett bra sätt att testa förutsägelserna för den turbulenta återanslutningsteorin.


    © Vetenskap https://sv.scienceaq.com