Jonathan Ng, un étudiant diplômé de l'Université de Princeton au Laboratoire de physique des plasmas de Princeton (PPPL) du Département de l'énergie des États-Unis (DOE), a pour la première fois appliqué une simulation de fluide au processus de plasma spatial derrière les éruptions solaires, les aurores boréales et les tempêtes spatiales. Le modèle pourrait conduire à de meilleures prévisions de la météo spatiale qui peuvent interrompre le service de téléphonie mobile et endommager les réseaux électriques, ainsi qu'à une meilleure compréhension du chaud, gaz plasmatique chargé qui alimente les réactions de fusion.

La nouvelle simulation capture la physique de la reconnexion magnétique, la rupture et la rupture des lignes de champ magnétique dans le plasma qui se produisent dans tout l'univers. Les simulations se rapprochent des effets cinétiques dans un code fluide, qui traite le plasma comme un liquide qui s'écoule, pour créer une image plus détaillée du processus de reconnexion.

Les simulations précédentes utilisaient des codes fluides pour produire des descriptions simplifiées de la reconnexion qui a lieu dans l'immensité de l'espace, où les particules de plasma largement séparées entrent rarement en collision. Cependant, cet environnement sans collision donne lieu à des effets cinétiques sur le comportement du plasma que les modèles fluides ne peuvent normalement pas capturer.

Estimation du comportement cinétique

La nouvelle simulation estime le comportement cinétique. "Il s'agit de la première application de ce modèle fluide particulier à l'étude de la physique de la reconnexion dans les plasmas spatiaux, " dit Ng, auteur principal des résultats rapportés en août dans le journal Physique des plasmas .

Ng et ses coauteurs ont approximé les effets cinétiques avec une série d'équations de fluide basées sur la densité du plasma, élan et pression. Ils ont conclu le processus grâce à une technique mathématique appelée "fermeture" qui leur a permis de décrire le mélange cinétique de particules de non-local, ou à grande échelle, Régions. Le type de fermeture impliqué a été développé à l'origine par le physicien PPPL Greg Hammett et feu Rip Perkins dans le contexte des plasmas de fusion, faisant de son application à l'environnement plasma spatial un exemple de fertilisation croisée fructueuse.

Les résultats obtenus concordent mieux avec les modèles cinétiques qu'avec les simulations produites par les codes de fluides traditionnels. Les nouvelles simulations pourraient étendre la compréhension de la reconnexion à des régions entières de l'espace telles que la magnétosphère, le champ magnétique qui entoure la Terre, et offrir une vision plus globale du processus universel.