Jonathan Ng, een afgestudeerde student van Princeton University aan het Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) van het Amerikaanse Department of Energy (DOE), heeft voor het eerst een vloeistofsimulatie toegepast op het ruimteplasmaproces achter zonnevlammen, noorderlicht en ruimtestormen. Het model zou kunnen leiden tot verbeterde voorspellingen van ruimteweer dat mobiele telefoondiensten kan afsluiten en elektriciteitsnetten kan beschadigen. evenals een beter begrip van de hete, geladen plasmagas dat fusiereacties voedt.

De nieuwe simulatie legt de fysica van magnetische herverbinding vast, het uiteenvallen en samenklikken van de magnetische veldlijnen in plasma die in het hele universum voorkomen. De simulaties benaderen kinetische effecten in een vloeistofcode, die plasma behandelt als een stromende vloeistof, om een ​​gedetailleerder beeld te krijgen van het herverbindingsproces.

Eerdere simulaties gebruikten vloeiende codes om vereenvoudigde beschrijvingen te produceren van herverbinding die plaatsvindt in de uitgestrektheid van de ruimte, waar ver uit elkaar liggende plasmadeeltjes zelden botsen. Echter, deze botsingloze omgeving leidt tot kinetische effecten op het plasmagedrag die vloeistofmodellen normaal niet kunnen vastleggen.

Schatting van kinetisch gedrag

De nieuwe simulatie schat het kinetische gedrag. "Dit is de eerste toepassing van dit specifieke vloeistofmodel bij het bestuderen van herverbindingsfysica in ruimteplasma's, " zei Ng, hoofdauteur van de bevindingen die in augustus in het tijdschrift werden gerapporteerd Fysica van plasma's .

Ng en coauteurs benaderden kinetische effecten met een reeks vloeistofvergelijkingen op basis van plasmadichtheid, momentum en druk. Ze sloten het proces af met een wiskundige techniek die 'sluiting' wordt genoemd en waarmee ze de kinetische vermenging van deeltjes van niet-lokale, of grootschalige, Regio's. Het type sluiting is oorspronkelijk ontwikkeld door PPPL-natuurkundige Greg Hammett en wijlen Rip Perkins in de context van fusieplasma's, waardoor de toepassing ervan op de plasma-omgeving in de ruimte een voorbeeld is van vruchtbare kruisbestuiving.

De voltooide resultaten kwamen beter overeen met kinetische modellen in vergelijking met simulaties geproduceerd door traditionele vloeistofcodes. De nieuwe simulaties kunnen het begrip van herverbinding uitbreiden naar hele regio's van de ruimte, zoals de magnetosfeer, het magnetische veld dat de aarde omringt, en een uitgebreider beeld te geven van het universele proces.