Jonathan Ng, uno studente laureato della Princeton University presso il Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DOE), ha applicato per la prima volta una simulazione fluida al processo del plasma spaziale dietro i brillamenti solari, l'aurora boreale e le tempeste spaziali. Il modello potrebbe portare a migliori previsioni del tempo spaziale che possono interrompere il servizio di telefonia cellulare e danneggiare le reti elettriche, così come per una migliore comprensione del caldo, gas plasma carico che alimenta le reazioni di fusione.

La nuova simulazione cattura la fisica della riconnessione magnetica, la rottura e lo scatto insieme delle linee del campo magnetico nel plasma che si verifica in tutto l'universo. Le simulazioni approssimano gli effetti cinetici in un codice fluido, che tratta il plasma come un liquido che scorre, per creare un quadro più dettagliato del processo di riconnessione.

Simulazioni precedenti utilizzavano codici fluidi per produrre descrizioni semplificate della riconnessione che ha luogo nella vastità dello spazio, dove le particelle di plasma ampiamente separate si scontrano raramente. Però, questo ambiente senza collisioni dà luogo a effetti cinetici sul comportamento del plasma che i modelli fluidi normalmente non possono catturare.

Stima del comportamento cinetico

La nuova simulazione stima il comportamento cinetico. "Questa è la prima applicazione di questo particolare modello di fluido nello studio della fisica della riconnessione nei plasmi spaziali, " disse Ng, autore principale dei risultati riportati ad agosto sulla rivista Fisica dei Plasmi .

Ng e coautori hanno approssimato gli effetti cinetici con una serie di equazioni del fluido basate sulla densità del plasma, slancio e pressione. Hanno concluso il processo attraverso una tecnica matematica chiamata "chiusura" che ha permesso loro di descrivere la miscelazione cinetica di particelle non locali, o su larga scala, regioni. Il tipo di chiusura coinvolto è stato originariamente sviluppato dal fisico PPPL Greg Hammett e dal compianto Rip Perkins nel contesto dei plasmi di fusione, rendendo la sua applicazione all'ambiente del plasma spaziale un esempio di feconda fecondazione incrociata.

I risultati completati concordano meglio con i modelli cinetici rispetto alle simulazioni prodotte dai codici dei fluidi tradizionali. Le nuove simulazioni potrebbero estendere la comprensione della riconnessione a intere regioni dello spazio come la magnetosfera, il campo magnetico che circonda la Terra, e fornire una visione più completa del processo universale.