Команда показывает, как токовые слои в турбулентной плазме формируются в магнитооболочке Земли

11 ноября 2024, 23:55 / Наука → Новости / Наука

Повторное подключение магнитослойного тока в гибридном моделировании. Автор: Prof. Lu's team / University of Science and Technology of China

Магнитное пересоединение

Thumbnail: Магнитное пересоединение Магнитное пересоединение (перезамыкание магнитных линий) — это явления, в которых силовые линии магнитного поля из разных магнитных доменов сходятся вместе и быстро перестраиваются. При таком магнитном перезамыкании силовых линий энергия магнитного поля нагревает ближайшие области атмосферы Солнца и разгоняет заряженные частицы до высокой скорости. Википедия

— это фундаментальный физический процесс в плазме, посредством которого магнитная энергия быстро преобразуется в кинетическую энергию плазмы и тепловую энергию. Токовые слои в турбулентной плазме являются ключевым триггером магнитного пересоединения. Однако то, как возникают токовые слои, остается нерешенным.

Исследовательская группа под руководством профессора Лу Цюаньмина и профессора Ван Жуншэна из Китайского университета науки и технологий (USTC) Китайской академии наук (CAS) обнаружила, что токовые слои в области ниже по течению от ударной волны Земли, магнитооболочке, возникли из волн в области выше по течению от ударной волны. Их исследование было опубликовано в журнале Science Advances.

Высокоскоростной солнечный ветер взаимодействует с магнитосферой Земли, образуя ударные волны

Ударные волны: Ударная волна — в физике, скачок уплотнения, распространяющийся в среде со сверхзвуковой скоростью. Википедия

на освещенной Солнцем стороне Земли. Магнитослой, область ниже по течению от ударной волны Земли, является одной из наиболее типичных турбулентных сред и очень подходит для изучения рассеивания турбулентности.

Анализируя спутниковое обнаружение in situ эволюции плазменных волн через верхние и нижние области ударной волны, исследовательская группа обнаружила, что по мере того, как флуктуации вверх по течению проходили через головную волну в ее нижнюю область, амплитуда флуктуаций постепенно увеличивалась, тем самым формируя когерентную структуру токового слоя в нижнем течении ударной волны. Магнитное пересоединение происходило непосредственно внутри токовых слоев, и магнитная энергия быстро рассеивалась и преобразовывалась в кинетическую энергию плазмы и тепловую энергию.

С помощью метода гибридного моделирования команда воспроизвела весь процесс восходящих колебаний от их возникновения до эволюции в токовые слои.

Исследователи обнаружили, что восходящие флуктуации были быстрыми магнитозвуковыми волнами, возбужденными ионно-резонансной нестабильностью. По мере того, как эти быстрые магнитозвуковые волны распространяются вниз по течению, они непрерывно сжимаются и усиливаются, трансформируясь в токовые слои в магнитослой. Магнитное пересоединение часто запускалось внутри этих токовых слоев во время этих процессов.

Результаты спутниковых наблюдений Magnetospheric Multiscale (MMS) показали высокую согласованность с результатами гибридного моделирования, предоставив достаточные доказательства механизма формирования и рассеивания энергии когерентных токовых слоев в турбулентной плазме. Результаты также могут быть обобщены на ударную плазму в других астрофизических и лабораторных средах.

Больше информации: Shimou Wang et al, Origin of reconnecting current sheets in shocked turbulent plasma, Science Advances (2024). DOI: 10.1126/sciadv.ado4639

Источник: University of Science and Technology of China