Mission Cluster meet turbulentie in terrestrische magnetische omgeving

Mission Cluster meet turbulentie in terrestrische magnetische omgeving

De afbeelding toont de ruimtevaartmissies Cluster (boven) en THEMIS (onder) die door de magnetosheath van de aarde vliegen (turbulent grensgebied tussen de zonnewind en de magnetosfeer van onze planeet)

Voor het eerst konden wetenschappers bepalen hoeveel energie wordt overgedragen van grote naar kleine schalen in de magnetosfeer - het grensgebied tussen de zonnewind en de beschermende magnetische bel van onze planeet. Gegevens zijn al enkele jaren verzameld door Cluster en THEMIS. De analyse toonde aan dat turbulentie de sleutel is, waardoor het proces 100 keer efficiënter is dan in de zonnewind.

De planeten van ons systeem worden gewassen door de zonnewind - een supersonische stroom van hoogenergetische geladen deeltjes die door de hoofdster worden vrijgegeven. Verschillende planeten, waaronder de onze, vallen op omdat ze een magnetisch veld hebben - een obstakel voor de zonnewind.

Het is het contact tussen het magnetische veld van de aarde en de stellaire wind die de complexe structuur van de magnetosfeer creëert. Dit is een beschermende bubbel die de planeet beschermt tegen de meeste gevaarlijke deeltjes. Wetenschappers waren in staat om de fysische processen in het plasma van de zonnewind en de magnetosfeer voldoende te bestuderen. Maar er zijn nog steeds vragen over de relatie tussen deze twee media en de turbulente regio, de magnetosheath genaamd.

Om te begrijpen hoe energie wordt overgedragen van de zonnewind naar de magnetosfeer, moet men begrijpen wat er in de magnetosfeer gebeurt. In de stellaire wind beïnvloedt turbulentie de dissipatie van energie van grote naar kleine schalen, waar plasmadeeltjes opwarmen en versnellen naar hogere energieën.

Er waren vermoedens dat hetzelfde mechanisme zou werken voor de magnetosheath, maar dit kon niet worden geverifieerd. Het plasma van de magnetosfeer is turbulenter, het is meer blootgesteld aan dichtheidsfluctuaties en meer gecomprimeerd dan de zonnewind. Daarom hebben wetenschappers de afgelopen jaren alleen theoretische grenzen kunnen ontwikkelen voor de studie van fysieke processen in een vergelijkbare omgeving.

Mission Cluster meet turbulentie in terrestrische magnetische omgeving

Schematische illustratie van een energiecascaderingsproces in een turbulent plasma gezien in de magnetosfeer van de aarde

Wetenschappers bestudeerden de hoeveelheid informatie verkregen door de missies Cluster en THEMIS in 2007-2011. Door de nieuw gecreëerde theoretische hulpmiddelen toe te passen, kregen ze een verbluffend resultaat. Het bleek dat de dichtheid en magnetische fluctuaties veroorzaakt door turbulentie in de magnetosfeer de snelheid verhogen waarmee energie van grote naar kleinere schalen daalt, 100 keer efficiënter dan in de zonnewind. Uit analyse blijkt dat ongeveer 10-13 J energie per m 4 3 5 elke seconde wordt doorgegeven. Bovendien verkregen de onderzoekers een empirische correlatie die de snelheid van energiedissipatie in de magnetosfeer koppelt aan een vierde macht van een andere magnitude die wordt gebruikt om de beweging van vloeistoffen te bestuderen (turbulent Mach-getal).

De snelheid is moeilijk te bepalen als ruimtevoelers niet worden gebruikt, maar het Mach-getal is gemakkelijker te berekenen met behulp van observaties op afstand van astrofysisch plasma buiten de planetaire limieten.

Wetenschappers wachten op een vergelijking van hun bevindingen met plasma-metingen rond andere zonneplaneten. Dit is mogelijk voor de missies van Juno (Jupiter) en toekomstige vluchten naar de satellieten van Jupiter, evenals BepiColombo.

Opmerkingen (0)
Zoeken