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Vlasiator svela: soluzioni a un mistero centrale nella fisica spaziale
Dall'Università di Helsinki22 agosto 2023
Eruzioni di plasma nello spazio vicino alla Terra. Il modello Vlasiator dell'Università di Helsinki ha dimostrato che sia la riconnessione magnetica che le instabilità cinetiche sono responsabili delle eruzioni di plasma nello spazio vicino alla Terra, fornendo informazioni vitali per la ricerca e la tecnologia spaziale. Credito: Jani Närhi
Vlasiator, a supercomputer model for simulating near-Earth space, has revealed that plasmaPlasma is one of the four fundamental states of matter, along with solid, liquid, and gas. It is an ionized gas consisting of positive ions and free electrons. It was first described by chemist Irving Langmuir in the 1920s." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"> le eruzioni di plasma nello spazio vicino alla Terra sono influenzate sia dalla riconnessione magnetica che dalle instabilità cinetiche. Mentre le teorie hanno dibattuto a lungo sulla causa, la modellazione 6D di Vlasiator ha dimostrato che entrambe le teorie coesistono e funzionano contemporaneamente. Questa intuizione è fondamentale per la progettazione dei veicoli spaziali, per ulteriori ricerche e per il miglioramento delle previsioni meteorologiche spaziali.
Come si formano le eruzioni di plasma nello spazio vicino alla Terra? Vlasiator, un modello progettato dall'Università di Helsinki per simulare lo spazio vicino alla Terra, ha dimostrato che le due teorie centrali sul verificarsi delle eruzioni sono contemporaneamente valide: le eruzioni sono spiegate sia dalla riconnessione magnetica che dalle instabilità cinetiche.
I plasmoidi, o rapide eruzioni di plasma, si verificano sul lato notturno della magnetosfera. I plasmoidi sono anche associati all'improvviso schiarimento dell'aurora. Utilizzando il modello Vlasiator, il gruppo di ricerca di fisica spaziale dell’Università di Helsinki studia e simula queste eruzioni difficili da prevedere nello spazio vicino alla Terra.
"I fenomeni associati ai plasmoidi provocano i disturbi magnetici più intensi ma meno prevedibili, che possono causare, ad esempio, disturbi nelle reti elettriche", afferma la professoressa di fisica spaziale computazionale Minna Palmroth dell'Università di Helsinki.
"Queste eruzioni si verificano quotidianamente, di varie dimensioni, nella 'coda' della magnetosfera."
Palmroth, che ha recentemente ricevuto la Medaglia Copernico, è anche il direttore del Centro di Eccellenza nella Ricerca sullo Spazio Sostenibile e il ricercatore principale della simulazione Vlasiator.
"La catena di eventi che portano ai plasmoidi è una delle questioni irrisolte da più tempo nella fisica spaziale: si cercano soluzioni fin dagli anni '60", afferma Palmroth.
Sono state proposte due linee di pensiero concorrenti per spiegare il corso degli eventi, la prima afferma che la riconnessione magnetica recide una parte della coda magnetica in un plasmoide. Secondo l'altra spiegazione, le instabilità cinetiche interrompono il foglio di corrente (un'ampia e sottile distribuzione di corrente elettrica) che mantiene la coda, il che alla fine si traduce nell'espulsione di un plasmoide. Le discussioni sulla preminenza di questi due fenomeni vanno avanti da decenni.
"Ora sembra che le cause siano in realtà più complesse di quanto si pensasse in precedenza", afferma Palmroth.
La simulazione Vlasiator, che richiede la potenza di elaborazione di un supercomputer, ha modellato per la prima volta lo spazio vicino alla Terra in sei dimensioni e su una scala corrispondente alla dimensione della magnetosfera. La modellazione 6D è riuscita a descrivere i fenomeni fisici alla base di entrambi i paradigmi.
"È stata una sfida tecnica difficile che nessun altro è stato in grado di modellare", afferma Palmroth. Dietro questo risultato ci sono più di 10 anni di sviluppo software. Di conseguenza, lo studio è stato in grado di dimostrare che sia la riconnessione magnetica che le instabilità cinetiche spiegano il funzionamento della coda magnetica. I fenomeni associati a queste teorie apparentemente contraddittorie in realtà accadono entrambi e simultaneamente.
La scoperta aiuta a capire come possono verificarsi le eruzioni plasmatiche. Ciò aiuta nella progettazione di veicoli spaziali e attrezzature, nell'osservazione di questi eventi per ulteriori ricerche e nel miglioramento della prevedibilità della meteorologia spaziale migliorando la comprensione dello spazio vicino alla Terra.
The findings were recently published in the distinguished journal, Nature Geoscience<span class="st"> Nature Geoscience is a monthly peer-reviewed scientific journal published by the Nature Publishing Group that covers all aspects of the Earth sciences, including theoretical research, modeling, and fieldwork. Other related work is also published in fields that include atmospheric sciences, geology, geophysics, climatology, oceanography, paleontology, and space science. </span><span class="st">It was established in January 2008.</span>" data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"Nature Geoscience./p>