Reconectarea magnetică, accelerarea și transportul particulelor - LESIA - Observatorul Paris
Joi, 24 ianuarie 2013, de Etienne Pariat, Filippo Pantellini, Karl-Ludwig Klein
Mișcările materiei dintr-o plasmă duc uneori la formarea forfecărilor câmpului magnetic atât de brusc încât plasma nu mai este capabilă să reziste la curenții electrici intensi asociați cu aceasta. Reconectarea magnetică este o reconfigurare spontană și rapidă a structurii câmpului magnetic în vecinătatea zonelor de forfecare, permițând reducerea gradului de forfecare și a intensității curenților asociați la niveluri acceptabile. Energia eliberată în timpul reconectării este convertită în căldură și energie cinetică a grupurilor de particule accelerate la energii mari. Reconectarea magnetică a fost observată direct sau indirect în multe plasme astrofizice și în special în coroana solară și în magnetosfere planetare.
- Magnetohidrodinamica (MHD): un cadru teoretic pentru înțelegerea reconectării
- p.1
- Reconectare: o încălcare a MHD ideal
- p.1
- Reconectarea și numărul magnetic Reynolds
- p.1
- Reconectarea în coroana solară
- p.1
- Constrângeri observaționale: MHD nu este suficient
- p.1
- Reconectarea și particulele energetice
- p.2
- La LESIA
- p.2
- Informatii suplimentare
- p.2
Magnetohidrodinamica (MHD): un cadru teoretic pentru înțelegerea reconectării
Soarele, atmosfera solară și mediul interplanetar sunt plasme cu conductivitate electrică aproape infinită. Magnetohidrodinamica (MHD), o teorie care descrie comportamentul unui fluid conductor, prezice că topologia câmpului magnetic într-o astfel de plasmă nu se poate schimba în timp. Mai bine, MHD prezice apoi că câmpul magnetic este înghețat în plasmă. În esență, mișcările plasmei pot distorsiona liniile câmpului magnetic, dar nu le pot rupe. Aceasta este limita numită MHD ideal.
Exemplu de mișcare ideală în atmosfera Soarelui care poate duce la reconectare
În Figura 1 sunt prezentate două linii de câmp magnetic care ies din interiorul Soarelui și se extind în coroană. Deoarece orice linie de câmp magnetic trebuie să se închidă în mod necesar în sine, cele două linii trebuie să se arunce în mod necesar înapoi în Soare pentru a-și închide buclele respective. Corona fiind un mediu foarte dinamic, este posibil să ne imaginăm că plasma din vecinătatea celor două bucle magnetice este în mișcare conform săgeților roșii din Figura 1. Corona fiind un conductor eficient din punct de vedere formidabil, putem presupune că MHD se aplică ideal, iar liniile câmpului magnetic sunt înghețate în plasmă. Fără a fi nevoie să facem calcule complicate, știm deci că liniile câmpului magnetic trebuie să urmeze mișcările plasmei.
În MHD ideal, câmpul magnetic este înghețat în plasme. Astfel, orice mișcare în plasmă este însoțită de o deformare a liniilor câmpului magnetic.
Reconectare: o încălcare a MHD ideal ?
Mișcările plasmei duc uneori la faptul că, în anumite regiuni, conductivitatea plasmei este insuficientă pentru a rezista fluxului de curent asociat cu structura câmpului magnetic, așa cum este cerut de legea lui Ampere. Când se întâmplă acest lucru, este posibilă, chiar inevitabilă, o reconfigurare locală a topologiei câmpului magnetic (sau reconectare). Astfel, continuând mișcarea de ciupire prezentată în Figura 1, se formează o foaie curentă de intensitate crescătoare (în albastru în Figura 2) în punctul în care sunt concentrate liniile de câmp magnetic orientate opus. Când intensitatea acestor curenți depășește un prag critic, are loc o reconfigurare topologică a câmpului magnetic (imaginea din dreapta din Figura 2).
Smochin. 2: Reconectare magnetică
Când mișcările plasmei (săgețile roșii) se apropie de linii ale câmpului magnetic de orientare foarte diferită, se formează o zonă de curent intens (albastru în imagine). Când puterea curentă depășește un prag critic, există reconectare. Topologia câmpului magnetic se schimbă apoi într-o configurație fără zone de curent intens
În timpul fazei de compresie (Figura 1), energia este stocată în câmpul magnetic la fel ca atunci când se îndoaie un arc pentru a trage săgeți. La reconectare (Figura 2), o parte din energia acumulată în câmpul magnetic este eliberată brusc sub formă de căldură (prin disiparea curenților și a șocurilor). O parte din energie este returnată și sub formă de energie cinetică pe scară largă, deoarece plasma prinsă în câmpul magnetic este forțată să urmeze mișcarea de reconfigurare a liniilor câmpului magnetic. În imaginea din dreapta din Figura 2, după reconectare, se formează o buclă de câmp magnetic neconectat în interiorul Soarelui. Bucla, eliberată de ancorarea sa în Soare, este apoi liberă pentru a zbura în mediul interplanetar la viteze tipice de ordinul a câteva mii de km/s. Reconectarea este, prin urmare, deseori invocată ca mecanism de declanșare pentru erupții și ejecții de masă coronariană foarte spectaculoase.