Американские физики количественно описали магнитное пересоединение плазмы

Американские физики количественно описали магнитное пересоединение плазмы

В последние дни всеобщее внимание привлекла серия мощных вспышек на Солнце и последовавшие за ней магнитные бури на Земле. За все эти события отвечает магнитное пересоединение плазмы — процесс перераспределения магнитных полей, приводящий к значительным выбросам энергии. В своей недавней работе американские физики смогли количественно промоделировать этот процесс и значительно расширить понимание этого процесса. Результаты исследования опубликованы в Physics of Plasmas.

Магнитное пересоединение плазмы — процесс перераспределения магнитных полей в плазме в результате взаимодействия двух плазменных фаз. Это приводит к преобразованию энергии магнитного поля в кинетическую энергию ускоренных частиц и последующим излучению, выбросам элементарных частиц и сильному повышению температуры. Магнитное пересоединение оказывает сильное влияния на многие процессы, которые происходят в плазме как в токамаках, так и на астрофизических объектах, в частности, при вспышках на Солнце, корональных выбросах массы и магнитных штормах в магнитном поле Земли. Для описания процессов, происходящих при магнитном пересоединении с ионами и элементарными частицами, обычно используются численные модели, основанные на двух различных подходах. В первом подходе описывается кинетика отдельных частиц — такой расчет является довольно затратным по времени и компьютерном ресурсам, поэтому приводит к достоверным данным, но с низкой скоростью получения. Второй подход использует различные магнитогидродинамические модели, которые рассматривают плазму как сплошную текучую среду. Такой подход позволяет быстрее получить точные данные, но из-за необходимости делать определенные допущения такие результаты вблизи критических точек могут не всегда быть правильными.

В своей работе американские ученые смогли предложить такой вариант замыкания системы магнитогидродинамических уравнений, который позволяет получить достоверные результаты. Использованный метод замыкания ученые назвали нелокальным, в отличие от локального, который использовался в предыдущих подходах. Модель описывает двухжидкостную плазменную систему с линейным смешиванием жидкостей. С помощью предложенной численной модели был рассчитан полный тензор давления в процессе слияния двух жидкостей как для для ионов внутри плазмы, так и для электронов. В результате без использования свободных параметров удалось получить широкую область электронной диффузии, которая предсказывалась кинетическими моделями, но не могла быть получена с использованием магнитогидродинамических методов.

Таким образом, ученые убедились, что использование моделей, основанных на приближении сплошной среды при правильном замыкании системы уравнений, описывающих процессы в плазме, позволяет быстро и точно получить количественные оценки для магнитного пересоединения плазмы. Вероятно, предложенный подход поможет точнее предсказывать последствия, например, вспышек на Солнце. Напомним, что процессы, происходящие в солнечной плазме стали причиной образования крупной группы солнечных пятен и серии мощнейших за последние 12 лет вспышек на солнце. А сопровождавшие их плазменные выбросы привели затем и к магнитным бурям на Земле.

Александр Дубов

N+1

Похожие новости:
Физики описали испарение черной дыры в нульмерные объекты
Физики-теоретики из США и Японии в рамках теории суперструн типа IIA качественно описали испарение крупной холодной черной дыры. Посвященный исследованию препринт авторы опубликовали на сайте arXiv.org.В использованном учеными микроскопическом подходе холодная черная дыра испаряется в свободно распространяющиеся ..
2016-03-20 1551 0 Научные открытия
1
Американские физики научились получать небывалую температуру
Американские физики попали в Книгу рекордов Гиннесса. Во время эксперимента им удалось получить вещество, разогретое до 4 триллионов градусов Цельсия — это в 250 тысяч раз больше, чем температура в центре Солнца! Учёные сталкивали в коллайдере разогнанные почти до скорости света ядра атомов золота. ..
2012-06-26 2460 0 Научные открытия
1
Физики придумали первый танцующий кристалл
Физики-теоретики из Канады и США спрогнозировали существование кристалла, элементы которого находятся в непрерывном движении. Последнее обусловливает их свойства симметрии, получившие название хореографического порядка. Результаты своих исследований авторы опубликовали в журнале Physical Review Letters, а кратко о них сообщает Physics.Обычные ..
2016-01-12 1109 0 Научные открытия
1
Темную энергию связали с началом коллапса Вселенной
Физики из Калифорнийского университета в Дэвисе и Ноттингемского университета предложили модификацию общей теории относительности (ОТО) Эйнштейна, следствием которой является коллапс Вселенной в будущем, а также описали механизм этого процесса. Результаты своих исследований авторы опубликовали в двух ..
2015-04-02 3725 0 Научные открытия
-2
Физики научились управлять скирмионами в нанокристаллах
Антисимметричное магнитное взаимодействие приводит к возникновению в магнитоупорядоченной среде областей с обратной намагниченностью, например скирмионов. В своей новой работе американские физики предложили способ управлять этим взаимодействием с помощью бомбардировки таких областей ионами аргона с энергией около ..
2017-09-19 5002 0 Научные открытия
0
Физики создали транзистор на основе атомного спина
В журнале Nature появилось сообщение, что ученые Национального института стандартов и технологий (National Institute of Standards and Technology, NIST) впервые смогли использовать спин единичного атома в качестве основы транзистора. Ученые проводили опыты по изучению спинового эффекта Холла. Эффект, ..
2013-06-8 1294 0 Научные открытия
0
Первая искусственная магнитная червоточина
Физики из Автономного университета Барселоны собрали устройство, которое может переносить магнитное поле из одной точки в другую по невидимому пути, который не регистрируется внешними приборами. В физике и научной фантастике термин «червоточина» хорошо известен уже минимум полвека. Он означает ..
2015-08-24 4913 0 Научные открытия
0
Физики научились управлять теплом при помощи магнитов
Американские физики сообщили о новом способе управления потоками тепла с помощью магнитов. Результаты исследований авторы опубликовали в журнале Nature Materials, а кратко с ними можно ознакомиться на сайте Университета штата Огайо. В своем эксперименте ученые использовали миниатюрный ..
2015-03-26 3228 0 Научные открытия
1
Японские физики освоили трёхмерную левитацию
Трое физиков из Токийского университета опубликовали на сайте препринтов arXiv.org свою статью, в которой описали разработанный ими метод левитации, осуществляемый в трёхмерном пространстве при помощи звуковых волн. По словам авторов исследования, эта технология — новое слово в звуковой левитации. Способов ..
2014-01-10 1400 0 Научные открытия
0
У Земли нашли плазменное «защитное поле»
Физики NASA и Массачусетского технологического института обнаружили, что магнитосфера Земли реагирует на вспышки солнечной активности образованием плазменных потоков. По словам ученых, они уменьшают влияние солнечного ветра на ионосферу Земли. Работа опубликована в журнале Science, кратко о ней можно прочитать ..
2014-03-08 1251 0 Научные открытия
0
Американцы создали рекордное магнитное поле
Специалисты Национальной лаборатории в Лос-Аламосе (LANL) создали рекордное магнитное поле – магнитная индукция составила 100 Тесла. Для сравнения – естественное магнитное поле нашей планеты в два миллиона раз меньше. Команда исследователей шла к этому событию без малого 15 лет! Отметим, что магнитное ..
2012-03-26 1420 0 Научные открытия
0
Асимметрию времени проверят при помощи изотопов радия
Физики из США решили при помощи радиоактивного изотопа радия-225 проверить симметрии уравнений физики элементарных частиц относительно обращений времени и координат. Результаты своих исследований авторы опубликовали в журнале Physical Review Letters. T- и P-симметрии (относительно замены времени и пространственных ..
2015-06-11 6047 0 Научные открытия
0
Физики скрутили из конденсата Бозе-Эйнштейна монополь
Физики провели моделирование свойств гипотетической частицы - монополя Дирака - с использованием конденсата Бозе-Эйнштена. Статья ученых появилась в журнале Nature, а ее краткое изложение приводит Phys.org. Конденсат Бозе-Эйнштейна (КБЭ) представляет собой особое агрегатное состояние вещества, и состоит из бозонов, ..
2014-01-31 1049 0 Научные открытия
0
Физики доказали, что магнитное поле изменяет передачу тепла материалом
Итальянские учёные создали устройство, которое демонстрирует, что магнитное поле может контролировать передачу тепла от одного тела к другому. Это явление было впервые предсказано 50 лет назад физиками Казуми Маки (Kazumi Maki) и Алланом Гриффином (Allan Griffin), которые ..
2012-12-23 1268 0 Научные открытия
0
Физическую «проблему тысячелетия» посчитали неразрешимой
Физики из Великобритании, Испании и Германии посчитали одну из «проблем тысячелетия» (связанную с физикой элементарных частиц) неразрешимой. Результаты своих исследований Тоби Кубитт, Дэвид Гарсия Перес и Майкл Вольф опубликовали в журнале Nature, а кратко о них сообщает Nature News.В ..
2015-12-12 1369 0 Научные открытия
0