Turbulensi magnetohidrodinamik mengatur perpindahan energi dari skala besar ke kecil di banyak sistem astrofisika, termasuk atmosfer matahari. Selama lebih dari setengah abad, telah diterima secara luas bahwa aliran energi dalam plasma turbulen, seperti atmosfer Matahari, dikendalikan oleh interaksi gelombang MHD.
Dalam sebuah studi baru, para ilmuwan di Departemen Energi AS (DOE) Laboratorium Fisika Plasma Princeton (PPPL) mengungkap proses pemanasan yang sebelumnya tersembunyi yang membantu menjelaskan bagaimana “korona matahari” bisa jauh lebih panas daripada suhu bumi. permukaan matahari yang memancarkannya.
Dengan menggunakan 200 juta jam waktu komputer untuk simulasi terbesar yang pernah ada, para ilmuwan dapat mengungkap prosesnya. Simulasi numerik langsung mereka adalah yang pertama mengidentifikasi mekanisme pemanasan dalam ruang 3D.
Chuanfei Dong, fisikawan di PPPL dan Universitas Princeton, berkata, “Instrumen teleskop dan pesawat ruang angkasa saat ini mungkin tidak memiliki resolusi yang cukup tinggi untuk mengidentifikasi proses yang terjadi pada skala kecil.”
Proses yang dikenal sebagai rekoneksi magnetik, yang secara hebat memecah dan menyatukan kembali medan magnet dalam plasma—sup elektron dan inti atom yang membentuk atmosfer matahari—adalah bahan rahasianya. Hal ini ditunjukkan oleh pemodelan Dong tentang betapa cepatnya medan gaya garis-garis disambungkan kembali, mengubah energi kekacauan skala besar menjadi energi internal skala kecil. Karena konversi energi turbulen menjadi energi panas dalam skala kecil yang efisien, maka korona dipanaskan secara efektif.
Dong berkata, “Bayangkan untuk memasukkan krim ke dalam kopi. Tetesan krim segera menjadi lingkaran dan ikal yang ramping. Demikian pula, medan magnet membentuk lembaran tipis arus listrik yang putus karena penyambungan kembali magnet. Proses ini memfasilitasi aliran energi dari skala besar ke skala kecil, sehingga menjadikan prosesnya lebih efisien corona matahari yang bergejolak dari yang diperkirakan sebelumnya.”
“Ketika proses penyambungan kembali lambat sementara aliran turbulen berlangsung cepat, penyambungan kembali tidak dapat mempengaruhi transfer energi antar skala. Namun ketika laju penyambungan kembali menjadi cukup cepat melebihi laju kaskade tradisional, penyambungan kembali dapat menggerakkan kaskade menuju skala kecil dengan lebih efisien.”
“Ia melakukan hal ini dengan memutus dan menyatukan kembali garis-garis medan magnet untuk menghasilkan rantai garis-garis kecil yang terpelintir yang disebut plasmoid. Hal ini mengubah pemahaman tentang aliran energi turbulen yang telah diterima secara luas selama lebih dari setengah abad. Temuan baru ini mengaitkan laju perpindahan energi dengan seberapa cepat energi tersebut plasmoid tumbuh, meningkatkan transfer energi dari skala besar ke kecil dan memanaskan corona secara kuat pada skala ini.”
Penemuan terbaru menunjukkan sebuah rezim dengan bilangan Reynolds magnetis mirip korona matahari yang sangat besar. Jumlah yang besar tersebut mencirikan tingginya laju transfer energi dari kaskade turbulen. Transfer energi yang digerakkan oleh koneksi ulang akan semakin efektif jika semakin tinggi bilangan Reynolds magnetiknya.
Simulasi ini merupakan salah satu simulasi yang telah menggunakan lebih dari 200 juta CPU komputer di fasilitas Advanced Supercomputing (NAS) NASA.
Fisikawan PPPL Amitava Bhattacharjee, seorang profesor ilmu astrofisika Princeton yang mengawasi penelitian tersebut, tersebut, “Eksperimen numerik ini telah menghasilkan bukti tak terbantahkan untuk pertama kalinya mengenai mekanisme yang diprediksi secara teoritis untuk rangkaian aliran energi turbulen yang belum pernah ditemukan sebelumnya, yang dikendalikan oleh pertumbuhan plasmoid.”
“Dampak temuan ini pada sistem astrofisika di berbagai skala dapat dieksplorasi dengan pesawat ruang angkasa dan teleskop saat ini dan masa depan. Membongkar proses transfer energi lintas skala akan sangat penting untuk memecahkan misteri utama kosmik.”
Referensi Jurnal:
- Chuanfei Dong dkk. Aliran energi yang digerakkan oleh koneksi ulang dalam turbulensi magnetohidrodinamik. Kemajuan ilmu pengetahuan. DOI: 10.1126/sciadv.abn7627
