Zoals op aarde, dus in de ruimte. Een missie met vier satellieten die magnetische herverbinding bestudeert - het uiteenvallen en explosieve herverbinding van de magnetische veldlijnen in plasma die in het hele universum voorkomen - heeft ontdekt dat belangrijke aspecten van het proces in de ruimte opvallend veel lijken op die gevonden in experimenten aan de US Department of Energy's (DOE) Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL). De overeenkomsten laten zien hoe de onderzoeken elkaar aanvullen:het laboratorium legt belangrijke globale kenmerken van herverbinding vast en het ruimtevaartuig documenteert lokale belangrijke eigenschappen wanneer ze zich voordoen.

De waarnemingen van de Magnetospheric Multiscale Satellite (MMS)-missie, die NASA in 2015 lanceerde om de herverbinding in het magnetische veld rond de aarde te bestuderen, komen vrij goed overeen met vroegere en huidige laboratoriumbevindingen van het Magnetic Reconnection Experiment (MRX) bij PPPL. Eerder MRX-onderzoek onthulde het proces waardoor snelle herverbinding plaatsvindt en identificeerde de hoeveelheid magnetische energie die tijdens het proces wordt omgezet in deeltjesenergie, die aanleiding geeft tot noorderlicht, zonnevlammen en geomagnetische stormen die de mobiele telefoondienst kunnen verstoren, stroomnetten uitzetten en satellieten in een baan om de aarde beschadigen.

Richtlijnen voor MMS-metingen

De eerdere MRX-bevindingen dienden als richtlijnen voor metingen van de MMS-missie, die probeert het gebied te begrijpen waarin de herverbinding van veldlijnen in plasma - de toestand van materie bestaande uit vrije elektronen en atoomkernen, of ionen plaatsvindt. De nieuwste PPPL-experimenten breiden de bevindingen uit naar nieuwe gebieden van overeenstemming. "Ondanks enorme verschillen in de grootte van de herverbindingslagen in de MRX en in de ruimte, opmerkelijk vergelijkbare kenmerken worden waargenomen in beide, " zei Masaaki Yamada, hoofdonderzoeker van de MRX, en hoofdauteur van de recente paper die de resultaten rapporteert in de editie van 6 december van: Natuurcommunicatie .

Het vorige laboratoriumonderzoek onderzocht "symmetrische" herverbinding, waarin de dichtheid van de plasma's aan weerszijden van de herverbindingsgebieden ongeveer hetzelfde zijn. Het nieuwe artikel kijkt naar herverbinding in de magnetopauze - het buitenste gebied van de magnetosfeer - en in de MRX die "asymmetrisch, " wat betekent dat het plasma aan de ene kant van de regio minstens 10 keer dichter is dan aan de andere kant. De MMS-missie heeft haar eerste onderzoek gericht op het asymmetrische aspect van herverbinding, aangezien het plasma in de zonnewind - de geladen deeltjes die uit de zon stromen - veel dichter is dan het plasma in de magnetosfeer.

In de nieuwe krant onderzoekers onderzoeken wat de "twee-vloeistof"-fysica van herverbinding wordt genoemd, die elk gedrag van ionen en elektronen tijdens het proces anders beschrijft. Dergelijke fysica domineert magnetische herverbinding in zowel MRX- als magnetosferische plasmasystemen, waardoor een ongekend niveau van kruisonderzoek tussen laboratoriummetingen en ruimtewaarnemingen mogelijk is.

Belangrijkste bevindingen

Hieronder volgen de belangrijkste bevindingen van de twee vloeistoffen, asymmetrisch onderzoek naar MRX waarvan is aangetoond dat het opvallend overeenkomt met metingen van elektronen- en ionengedrag door de ruimtesatellieten en de omzetting van magnetische energie in deeltjesenergie. Computersimulaties hielpen deze bevindingen:

• elektronen. De experimenten toonden aan dat elektronenstroom loodrecht, en niet parallel zoals ooit gedacht, naar het magnetische veld. Deze stroom is de sleutel tot de omzetting van magnetische energie in elektronen die plaatsvindt in een smalle grenslaag die het "elektronendiffusiegebied" wordt genoemd, waar snelle herverbinding plaatsvindt. De bevinding is consistent met de recente MMS-ruimtemetingen en nieuw in het laboratorium voor asymmetrische herverbinding.
• Ionen. De ionenstroom vloeit ook loodrecht op het magnetische veld zoals in het elektronengeval, en is eveneens de sleutel tot de omzetting van magnetische ionenenergie in deeltjesenergie. Voor ionen, deze omzetting vindt plaats in het bredere "iondiffusiegebied" tussen convergerende plasma's en is een vergelijkbare recente bevinding over asymmetrische herverbinding in laboratoriumplasma's.

De MRX-experimenten bestudeerden verder verschillende aspecten van conversie in de symmetrische en asymmetrische gevallen. In symmetrische herverbinding, Eerder bleek dat 50 procent van de magnetische energie wordt omgezet in ionen en elektronen, waarbij een derde van de omzetting de elektronen beïnvloedt en tweederde de ionen versnelt. De totale conversieratio blijft in het asymmetrische geval ongeveer gelijk, evenals de verhouding van energieomzetting voor ionen en elektronen.