Ett koreanskt forskarlag har identifierat ursprunget till tvådelade nuvarande ark, anses vara ett av de mest olösta mysterierna i jordens magnetosfär och i magnetiserad plasmafysik.

En POSTECH gemensam forskargrupp ledd av professor Gunsu S. Yun från Institutionen för fysik och avdelningen för avancerad kärnteknik och Dr Young Dae Yoon från Pohang Accelerator Laboratory har teoretiskt etablerat processen för kollisionfri jämvikt av obalanserade plasmaströmsark. Dessutom, genom att jämföra detta med partikelsimuleringar och satellitdata från NASA, ursprunget till de tvådelade nuvarande arken – som hade förblivit i stort sett okända – har avslöjats.

I jordens magnetosfär, en arkformad plasma observeras som är fångad mellan två områden med motsatta magnetfält. Eftersom ström flyter inuti den, det kallas också ett aktuellt blad. Enligt den konventionella teorin, det aktuella arket existerar som en enda bulk där det magnetiska trycket på grund av magnetfältet som genereras av strömmen och plasmans termiska tryck balanserar varandra, därigenom bildar en jämvikt. Dock, år 2003, European Space Agencys Cluster-uppdrag observerade ett delat strömskikt i jordens magnetosfär. Sedan dess, liknande fenomen har observerats.

Å andra sidan, omfattande forskning har samlats på tillståndet där den magnetiska kraften och det termiska trycket är perfekt balanserade med varandra i det aktuella arket. Men processen genom vilken ett ojämviktsbart strömskikt kommer i jämvikt är fortfarande i stort sett okänd. Eftersom plasmasystem i allmänhet inte startar från ett jämviktstillstånd, förståelse av jämviktsprocessen är önskvärd för att bättre förstå den nuvarande arkplasmadynamiken.

Det gemensamma forskarteamet analyserade noggrant processen där det ojämviktiga arket uppnår jämvikt genom att överväga omloppsklasser och fas-rymdfördelningar av partiklar som utgör det nuvarande arket och fann att de nuvarande arken naturligt kan dela sig under jämviktsprocessen. Det bekräftades sedan att dessa teoretiska förutsägelser överensstämde med partikel-i-cell-simuleringsresultaten utförda av KAIROS superdator vid Korea Institute of Fusion Energy. Dessutom, simuleringsdata jämfördes och verifierades med NASA:s Magnetospheric Multiscale (MMS) mätningar.

Denna prestation har förbättrat förståelsen av magnetiserad plasmadynamik genom att införliva teoretiska analyser, superdatorsimuleringar, och satellitobservationer. Eftersom jordens magnetosfäriska plasma har liknande egenskaper som andra magnetiserade plasma, såsom kärnfusionsplasma, på olika sätt, det förväntas bidra till ett brett spektrum av områden.

"Den här studien har ett betydande akademiskt värde genom att den samtidigt löste två mysterier:processen genom vilken ojämviktad strömskiva jämviktas och ursprunget till grenade strömskikt, " förklarade professor Gunsu S. Yun från POSTECH som deltog som en motsvarande författare i studien. "Vi försöker utöka analysramverket för plasma med starka styrfält och hoppas kunna förstå liknande fenomen som förekommer i fusionsplasma."