Luzes do norte vistas sobre a Noruega. Crédito:Jan R. Olsen
Jonathan Ng, um estudante de graduação da Universidade de Princeton no Laboratório de Física de Plasma de Princeton (PPPL) do Departamento de Energia dos EUA (DOE), aplicou pela primeira vez uma simulação de fluido ao processo de plasma espacial por trás das erupções solares, luzes do norte e tempestades espaciais. O modelo pode levar a melhores previsões do clima espacial, que podem interromper o serviço de telefonia celular e danificar as redes de energia, bem como para uma melhor compreensão do quente, gás de plasma carregado que alimenta as reações de fusão.
A nova simulação captura a física da reconexão magnética, a separação e junção das linhas do campo magnético no plasma que ocorre em todo o universo. As simulações aproximam os efeitos cinéticos em um código de fluido, que trata o plasma como um líquido que flui, para criar uma imagem mais detalhada do processo de reconexão.
Simulações anteriores usaram códigos de fluido para produzir descrições simplificadas de reconexão que ocorre na vastidão do espaço, onde partículas de plasma amplamente separadas raramente colidem. Contudo, este ambiente sem colisão dá origem a efeitos cinéticos no comportamento do plasma que os modelos de fluido normalmente não conseguem capturar.
Estimativa do comportamento cinético
A nova simulação estima o comportamento cinético. "Esta é a primeira aplicação deste modelo de fluido específico no estudo da física de reconexão em plasmas espaciais, "disse Ng, autor principal das descobertas relatadas em agosto na revista Física dos Plasmas .
Ng e co-autores aproximaram os efeitos cinéticos com uma série de equações de fluido com base na densidade do plasma, impulso e pressão. Eles concluíram o processo por meio de uma técnica matemática chamada "fechamento" que os permitiu descrever a mistura cinética de partículas de não-locais, ou em grande escala, regiões. O tipo de fechamento envolvido foi originalmente desenvolvido pelo físico do PPPL Greg Hammett e o falecido Rip Perkins no contexto de plasmas de fusão, fazendo de sua aplicação ao ambiente de plasma espacial um exemplo de fecundação cruzada fecunda.
Os resultados concluídos concordaram melhor com os modelos cinéticos em comparação com as simulações produzidas pelos códigos de fluido tradicionais. As novas simulações podem estender a compreensão da reconexão a regiões inteiras do espaço, como a magnetosfera, o campo magnético que envolve a Terra, e fornecer uma visão mais abrangente do processo universal.