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 2396 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 2234 0 Научные открытия
0
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 3800 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 1763 0 Научные открытия
1
Физики оценили энергопотери Земли от капель дождя
Ученые обнаружили, что трение падающих капель дождя о воздух переводит в тепло столько же атмосферной энергии, сколько турбулентность потоков. Новые результаты, возможно, повлияют на существующие климатические модели. Статья ученых появилась в журнале Science, а ее краткое изложение приводит ..
2012-02-25 1672 1 Научные открытия
0
Ученые обнаружили галактику из темной материи
Для поиска невидимой галактики ученые воспользовались так называемой линзой Эйнштейна - методом, который позволяет находить объекты по их гравитационному влиянию на окружение. Работа авторов представлена в журнале Nature, а ее краткое описание приведено в пресс-релизе Массачусетского технологического института (MIT). Существование темной ..
2012-01-21 2580 0 Научные открытия
0
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 4575 0 Научные открытия
-2
Судьбу стволовых клеток связали с микроРНК
Германские ученые выяснили молекулярный механизм самообновления стволовых клеток, который позволяет им либо сохранять плюрипотентность (способность развиваться в различные клетки), либо дифференцироваться в клетки определенной ткани. Результаты исследования опубликованы в Molecular Systems Biology.Для своей работы сотрудники Европейской лаборатории молекулярной биологии ..
2016-02-17 1516 0 Научные открытия
1
Ученые обнаружили новые способности нанокристаллов
Исследователи из Калифорнийского Университета в Беркли обнаружили, что нанокристаллы могут проходить сквозь нанотрубки за счет электрического заряда, без плавления или сжатия, даже если эти трубки меньше в диаметре, чем нанокристаллы. В своей статье, опубликованной в журнале «Physical Review Letters», они описали эксперимент, ..
2013-05-6 1241 0 Научные открытия
0
Астрономы нашли кандидата в объекты Ландау-Торна-Житков
Ученые из США и Чили обнаружили вероятного кандидата на объект Ландау-Торна-Житков. Свое исследование авторы опубликовали на arxiv.org, кратко с ним можно ознакомиться на сайте Колорадского университета в Боулдере. Ученые изучили спектры звезды HV 2112 в Малом Магеллановом облаке и обнаружили в них аномально высокое содержание ..
2014-06-10 1610 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 2171 0 Научные открытия
-1
Американские математики получили самое большое простое число
Американские математики, участвующие в проекте GIMPS, получили самое большое известное простое число — оно состоит из 17 миллионов цифр, его открытие позволит получить новые стойкие шифры, сообщает РИА Новости со ссылкой на сайт проекта. Новое простое число, относящееся к классу ..
2013-02-7 1793 0 Научные открытия
0
Ещё одно объяснение массовому вымиранию динозавров
В настоящее время известно, что процесс вымирания динозавров начался задолго до времени их полного исчезновения, которое произошло на границе мелового периода и палеогена, примерно 65 миллионов лет назад, что делает несостоятельной гипотезу о глобальной катастрофе, такой как падение метеорита или усиление вулканической ..
2012-04-21 1524 0 Научные открытия
0
Ученые верят в осмотическую электроэнергию
Ученые из Йельского университета придумали, как максимально увеличить энергетический потенциал рек, впадающих в море за счет осмотического эффекта. По их расчетам, использование всего 10% общемирового сброса речных потоков в океан, позволит вырабатывать на осмотических ЭС 1,37 трлн. кВт/ч в год. Американские ..
2012-04-26 1824 0 Научные открытия
1
К вопросу о сверхсветовой скорости движения нейтрино
Недавно в СМИ появилась информация о наблюдениях сверхсветовой скорости движения нейтрино. Как отмечалось, в среднем скорость нейтрино превышала скорость света на 0.00248 %, что составляет 7435 м/c. По мнению некоторых, это подрывает устои теории относительности. Предлагаем следующее объяснение наблюдаемым фактам, ..
2011-10-16 3900 3 Научные открытия
0