磁気流体力学的乱流は、太陽大気を含む多くの天体物理システムにおける大規模から小規模へのエネルギー伝達を制御します。半世紀以上にわたり、太陽の大気などの乱流プラズマ中のエネルギーカスケードは、MHD 波の相互作用によって制御されていることが広く受け入れられてきました。
新しい研究で、米国エネルギー省 (DOE) の科学者たちは プリンストンプラズマ物理研究所 (PPPL) は、これまで隠されていた加熱プロセスを明らかにし、「太陽コロナ」がどのように地球よりもはるかに高温になるかを説明するのに役立ちます。 太陽の表面 それはそれを発します。
この種の史上最大規模のシミュレーションに 200 億時間のコンピュータ時間を使用することで、科学者はそのプロセスを明らかにすることができました。彼らの直接数値シミュレーションは、3D 空間でこの加熱メカニズムを初めて特定しました。
PPPLおよびプリンストン大学の物理学者であるChuanfei Dong氏は次のように述べています。 「現在の望遠鏡や宇宙船の機器は、小規模で発生するプロセスを識別するのに十分な解像度を持っていない可能性があります。」
磁気リコネクションとして知られるプロセスは、プラズマ（太陽大気を構成する電子と原子核のスープ）内の磁場を激しく分裂させたり再統合したりするプロセスが秘密の材料です。それは、Dong のモデリングによって実証されました。 磁場 線が再接続され、大規模なカオスエネルギーが小規模な内部エネルギーに変換されます。このように乱流エネルギーが小さなスケールで熱エネルギーに効率的に変換されるため、 コロナ 効果的に加熱されます。
ドン氏はこう語った。 「コーヒーにクリームを入れることを考えてください。クリームの滴はすぐに渦巻きになり、細いカールになります。同様に、磁場は電流の薄いシートを形成し、磁気リコネクションによって破壊されます。このプロセスにより、大規模から小規模へのエネルギー カスケードが促進され、プロセスの効率が向上します。 乱暴な太陽コロナ 以前考えられていたよりも。」
「再接続プロセスが遅い一方で乱流カスケードが速い場合、再接続はスケール間のエネルギー伝達に影響を与えることはできません。しかし、再接続速度が従来のカスケード速度を超えるほど速くなると、再接続によってカスケードをより効率的に小規模なスケールに移行させることができます。」
「これは、磁力線を破壊したり再結合したりして、プラズモイドと呼ばれる小さなねじれた線の鎖を生成することによって行われます。これは、半世紀以上にわたって広く受け入れられてきた乱流エネルギーカスケードの理解を変えるものです。新しい発見は、エネルギー伝達速度と、エネルギー伝達速度とを結びつけます。 プラズモイド 成長し、大規模から小規模へのエネルギー伝達を強化し、これらの規模でコロナを強力に加熱します。」
最新の発見は、前例のないほど大きい太陽コロナのような磁気レイノルズ数を持つ領域を示しています。この膨大な数は、乱流カスケードの高いエネルギー伝達率を特徴づけています。再接続によるエネルギー伝達は、磁気レイノルズ数が増加するほどより効果的になります。
このシミュレーションは、NASA アドバンスト スーパーコンピューティング (NAS) 施設の 200 億個以上のコンピューター CPU を使用したこの種のシミュレーションの XNUMX つです。
研究を監督したプリンストン大学の天体物理科学教授であるPPPL物理学者アミタヴァ・バタチャジー氏は、次のように述べている。 と, 「この数値実験は、プラズモイドの成長によって制御される、これまで発見されていなかった範囲の乱流エネルギーカスケードについて、理論的に予測されたメカニズムの議論の余地のない証拠を初めて生み出しました。」
「さまざまなスケールの天体物理システムにおけるこの発見の影響は、現在および将来の宇宙船と望遠鏡を使って調査することができます。さまざまな規模のエネルギー伝達プロセスを解明することは、重要な宇宙の謎を解く上で極めて重要です。」
ジャーナルリファレンス：
- ドン・チュアンフェイら磁気流体力学的乱流におけるリコネクション駆動のエネルギー カスケード。 科学の進歩。 DOI： 10.1126 / sciadv.abn7627
