Jonathan Ng, en doktorand vid Princeton University vid US Department of Energy's (DOE) Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL), har för första gången tillämpat en vätske -simulering på rymdplasmaprocessen bakom solstrålar norrsken och rymdstormar. Modellen kan leda till förbättrade prognoser för rymdväder som kan stänga av mobiltelefontjänster och skada nät, samt för bättre förståelse av det heta, laddad plasmagas som driver fusionsreaktioner.

Den nya simuleringen fångar fysiken för magnetisk återanslutning, att bryta isär och knäppa ihop magnetfältlinjerna i plasma som förekommer i hela universum. Simuleringarna approximerar kinetiska effekter i en vätskekod, som behandlar plasma som en flytande vätska, för att skapa en mer detaljerad bild av återanslutningsprocessen.

Tidigare simuleringar använde vätskekoder för att producera förenklade beskrivningar av återanslutning som äger rum i rymden, där brett separerade plasmapartiklar sällan kolliderar. Dock, denna kollisionsfria miljö ger upphov till kinetiska effekter på plasmabeteende som vätskemodeller normalt inte kan fånga.

Uppskattning av kinetiskt beteende

Den nya simuleringen uppskattar kinetiskt beteende. "Detta är den första tillämpningen av denna speciella vätskemodell för att studera återanslutningsfysik i rymdplasma, "sa Ng, huvudförfattare till resultaten som rapporterades i augusti i tidningen Plasmas fysik .

Ng och medförfattare approximerade kinetiska effekter med en serie vätskekvationer baserade på plasmatäthet, fart och tryck. De avslutade processen genom en matematisk teknik som kallades "stängning" som gjorde det möjligt för dem att beskriva den kinetiska blandningen av partiklar från icke-lokala, eller storskalig, regioner. Den typ av stängning som berördes utvecklades ursprungligen av PPPL -fysikern Greg Hammett och den sena Rip Perkins i samband med fusionsplasma, vilket gör dess tillämpning på rymdplasmamiljön till ett exempel på fruktbar korsbefruktning.

De färdiga resultaten överensstämde bättre med kinetiska modeller jämfört med simuleringar som producerats av traditionella vätskekoder. De nya simuleringarna kan utöka förståelsen för återanslutning till hela områden i rymden som magnetosfären, magnetfältet som omger jorden, och ge en mer övergripande bild av den universella processen.