Fenomen nou descoperit în vântul solar: structură în mijlocul haosului
O echipă internațională de cercetători de la Universitatea Tehnică din Braunschweig și Universitatea din Tokyo, în colaborare cu Universitatea Tohoku, Universitatea Kyushu, Universitatea Osaka și institute de cercetare din mai multe țări, a demonstrat pentru prima dată un fenomen de inversare a sensului de rotație a câmpului magnetic în turbulența spațială. Rezultatele au fost publicate în The Astrophysical Journal Letters.
Turbulența este un fenomen omniprezent, întâlnit zi de zi în amestecarea laptelui în cafea sau în mișcările furtunoase ale oceanelor și atmosferei. Și mediile spațiale și astrofizice pot dezvolta turbulență, însă fizica este diferită, deoarece mediul se află într-o stare ionizată, cunoscută sub numele de plasmă, iar mișcarea curgerii este puternic cuplată cu câmpurile electromagnetice. În plus, plasma spațială este fără coliziuni, întrucât mediul este atât de rarefiat încât particulele nu se ciocnesc între ele. Modul în care plasma ajunge să dezvolte turbulență și felul în care energia fluctuațiilor este distribuită în turbulența fără coliziuni rămân mistere ale fizicii.
Folosind date de înaltă precizie privind câmpul magnetic și particulele, obținute de misiunea Parker Solar Probe a NASA, echipa a arătat direct, pentru prima dată, că câmpurile magnetice turbulente prezintă o inversare clară a sensului de rotație pe o anumită lungime de undă, iar această inversare crește și se deplasează spre lungimi de undă mai mari pe direcția radială, departe de Soare. Inversarea coincide cu tranziția de la dinamica la scară largă, de tip fluid, la dinamica la scară mică, de tip particulă.
La scări spațiale mai mari, plasma se comportă ca un fluid, iar turbulența se dezvoltă prin excitarea vortexurilor și a undelor electromagnetice. Fluctuațiile devin aleatorii, adică turbulente. Cu toate acestea, rotația câmpului magnetic nu este aleatorie. Câmpurile se rotesc preferențial în sens antiorar atunci când sunt privite radial, în direcția opusă Soarelui. Rotația arată însă diferit la scări mai mici: câmpurile se rotesc în sens orar când plasma turbulentă este analizată la scări spațiale mici. Această scară coincide cu tranziția de la comportamentul de tip curgere la comportamentul de tip particulă.
„Vedem o structură clară în spectru, deși turbulența reprezintă mișcări nestructurate”, a declarat dr. Masatomi Iizawa de la Universitatea Tehnică din Braunschweig, primul autor al articolului. Dr. Yokoi de la Universitatea din Tokyo a subliniat importanța descoperirii: „Rezultatele sunt de mare semnificație atât pentru fizica plasmei, cât și pentru astrofizică.”
O structură se formează atunci când plasma spațială devine turbulentă, iar esența descoperirii constă în tranziția de la dinamica fluidelor la dinamica particulelor. Turbulența plasmei joacă un rol important în astrofizică, de exemplu în magnetosfera Pământului, în vântul solar, în erupțiile solare, în spațiul interplanetar și în discurile de acreție. Turbulența din plasma spațială poate influența undele de șoc și norii magnetici din spațiul interplanetar, generați de erupțiile solare, și reprezintă un factor important în predicția furtunilor geomagnetice.
