Tous les jours, le soleil éjecte de grandes quantités d'une soupe de particules chaudes appelée plasma vers la Terre où il peut perturber les satellites de télécommunications et endommager les réseaux électriques. Maintenant, Des scientifiques du laboratoire de physique du plasma de Princeton (PPPL) du département américain de l'Énergie (DOE) et du département des sciences astrophysiques de l'Université de Princeton ont fait une découverte qui pourrait conduire à de meilleures prévisions de cette météo spatiale et aider à protéger les infrastructures sensibles.

La découverte provient d'un nouveau modèle informatique qui prédit le comportement du plasma dans la région au-dessus de la surface du soleil connue sous le nom de couronne solaire. Le modèle a été inspiré à l'origine par un modèle similaire qui décrit le comportement du plasma qui alimente les réactions de fusion dans des installations de fusion en forme de beignet connues sous le nom de tokamaks.

La fusion, la puissance qui anime le soleil et les étoiles, combine des éléments légers sous forme de plasma - le chaud, état chargé de la matière composé d'électrons libres et de noyaux atomiques, qui génère des quantités massives d'énergie. Les scientifiques cherchent à reproduire la fusion sur Terre pour une réserve d'énergie pratiquement inépuisable pour produire de l'électricité.

Les scientifiques de Princeton ont fait leurs découvertes en étudiant des champs magnétiques liés entre eux qui entrent et sortent du soleil. Sous certaines conditions, les boucles peuvent provoquer l'éruption de particules chaudes de la surface du soleil dans d'énormes rots connus sous le nom d'éjections de masse coronale. Ces particules peuvent éventuellement frapper le champ magnétique entourant la Terre et provoquer des aurores, ainsi qu'interférer avec les systèmes électriques et de communication.

"Nous devons comprendre les causes de ces éruptions pour prédire la météo spatiale, " a déclaré Andrew Alt, un étudiant diplômé du programme de Princeton en physique des plasmas à PPPL et auteur principal de l'article rapportant les résultats dans le Journal d'astrophysique .

Le modèle repose sur une nouvelle méthode mathématique qui intègre une nouvelle idée qu'Alt et ses collaborateurs ont découverte sur les causes de l'instabilité. Les scientifiques ont découvert qu'un type de tremblement connu sous le nom d'"instabilité du tore" pouvait provoquer le détachement des champs magnétiques en corde de la surface du soleil, déclenchant un flot de plasma.

L'instabilité du tore relâche une partie des forces qui maintiennent les cordes attachées. Une fois ces forces affaiblies, une autre force fait que les cordes se dilatent et se soulèvent plus loin de la surface solaire. "La capacité de notre modèle à prédire avec précision le comportement des cordes magnétiques indique que notre méthode pourrait finalement être utilisée pour améliorer la prévision de la météo spatiale, " dit Alt.

Les scientifiques ont également développé un moyen de traduire plus précisément les résultats de laboratoire en conditions solaires. Les modèles antérieurs reposaient sur des hypothèses qui facilitaient les calculs mais ne simulaient pas toujours avec précision le plasma. La nouvelle technique repose uniquement sur des données brutes. "Les hypothèses intégrées dans les modèles précédents suppriment les effets physiques importants que nous voulons prendre en compte, " Alt dit. " Sans ces hypothèses, nous pouvons faire des prédictions plus précises."

Pour mener leurs recherches, les scientifiques ont créé des câbles de flux magnétique à l'intérieur de l'expérience de reconnexion magnétique (MRX) de PPPL, une machine en forme de tonneau conçue pour étudier le rapprochement et la rupture explosive des lignes de champ magnétique dans le plasma. Mais les cordes de flux créées en laboratoire se comportent différemment des cordes sur le soleil, puisque, par exemple, les câbles de flux dans le laboratoire doivent être contenus par un récipient en métal.

Les chercheurs ont modifié leurs outils mathématiques pour tenir compte de ces différences, s'assurer que les résultats de MRX pourraient être traduits au soleil. "Il y a des conditions sur le soleil que nous ne pouvons pas imiter en laboratoire, " a déclaré Hantao Ji, physicien du PPPL, un professeur de l'Université de Princeton qui conseille Alt et a contribué à la recherche. "Donc, nous ajustons nos équations pour tenir compte de l'absence ou de la présence de certaines propriétés physiques. Nous devons nous assurer que nos recherches comparent des pommes avec des pommes afin que nos résultats soient précis. »

La découverte du comportement agité du plasma pourrait également conduire à une génération plus efficace d'électricité par fusion. La reconnexion magnétique et le comportement du plasma associé se produisent dans les tokamaks ainsi que sur le soleil, Ainsi, tout aperçu de ces processus pourrait aider les scientifiques à les contrôler à l'avenir.

Le soutien à cette recherche est venu du DOE, l'Administration nationale de l'aéronautique et de l'espace, et la Fondation allemande pour la recherche. Les partenaires de recherche comprennent l'Université de Princeton, Laboratoires nationaux Sandia, l'Université de Potsdam, le Centre d'astrophysique Harvard-Smithsonian, et l'Académie bulgare des sciences.

PPPL, sur le campus Forrestal de l'Université de Princeton à Plainsboro, NEW JERSEY., est consacré à la création de nouvelles connaissances sur la physique des plasmas - ultra-chaud, gaz chargés et au développement de solutions pratiques pour la création d'énergie de fusion. Le laboratoire est géré par l'Université pour le Bureau des sciences du Département de l'énergie des États-Unis, qui est le plus grand partisan de la recherche fondamentale en sciences physiques aux États-Unis et s'efforce de relever certains des défis les plus urgents de notre époque. Pour plus d'informations, visitez energy.gov/science