Магнитно повторно свързване, ускоряване и пренасяне на частици - LESIA - Парижката обсерватория
Четвъртък, 24 януари 2013 г., от Етиен Париат, Филипо Пантелини, Карл-Лудвиг Клайн
Движенията на материята в плазмата понякога водят до образуването на срязващи магнитни полета толкова рязко, че плазмата вече не е в състояние да издържа на интензивните електрически токове, свързани с нея. Магнитното повторно свързване е спонтанно и бързо преконфигуриране на структурата на магнитното поле в близост до зони на срязване, което позволява степента на срязване и интензивността на свързаните токове да бъдат намалени до приемливи нива. Енергията, освободена по време на повторното свързване, се преобразува в топлина и кинетична енергия на групи частици, които се ускоряват до високи енергии. Магнитното повторно свързване е наблюдавано пряко или косвено в много астрофизични плазми и по-специално в слънчевата корона и в планетарните магнитосфери.
- Магнитохидродинамика (MHD): теоретична рамка за разбиране на повторното свързване
- стр.1
- Повторна връзка: нарушение на идеалния MHD
- стр.1
- Повторно свързване и магнитното число на Рейнолдс
- стр.1
- Повторна връзка в слънчевата корона
- стр.1
- Наблюдения ограничения: MHD не е достатъчно
- стр.1
- Повторно свързване и енергийни частици
- стр.2
- В LESIA
- стр.2
- Още информация
- стр.2
Магнитохидродинамика (MHD): теоретична рамка за разбиране на повторното свързване
Слънцето, слънчевата атмосфера и междупланетната среда са плазми с почти безкрайна електрическа проводимост. Магнитохидродинамиката (MHD), теория, която описва поведението на проводима течност, прогнозира, че топологията на магнитното поле в такава плазма не може да се промени с течение на времето. Още по-добре, тогава MHD предсказва, че магнитното поле е замръзнало в плазмата. По същество движенията на плазмата могат да изкривят линиите на магнитното поле, но не могат да ги разрушат. Това е границата, наречена идеален MHD.
Пример за идеално движение в атмосферата на Слънцето, което може да доведе до повторно свързване
На фигура 1 са показани две линии на магнитно поле, излизащи от вътрешността на Слънцето и простиращи се в короната. Тъй като всяка линия на магнитното поле трябва задължително да се затваря в себе си, двете линии трябва задължително да се потопят обратно в Слънцето, за да затворят съответните си контури. Короната е много динамична среда, възможно е да си представим, че плазмата в близост до нашите два магнитни контура се движи според червените стрелки на фигура 1. Короната е страхотно ефективен проводник, можем да приемем, че MHD идеалното се прилага и линиите на магнитното поле са замръзнали в плазмата. Следователно без да се налага да преминаваме през сложни изчисления, ние знаем, че линиите на магнитното поле трябва да следват движенията на плазмата.
В идеалния MHD магнитното поле е замръзнало в плазмата. По този начин всяко движение в плазмата е придружено от деформация на линиите на магнитното поле.
Повторна връзка: нарушение на идеалния MHD ?
Движенията на плазмата понякога водят до факта, че в определени региони проводимостта на плазмата е недостатъчна, за да устои на потока на тока, свързан със структурата на магнитното поле, както се изисква от закона на Ампера. Когато това се случи, е възможна локална реконфигурация на топологията на магнитното поле (или повторно свързване), дори неизбежна. По този начин, продължавайки прищипващото движение, показано на фигура 1, в точката, където са концентрирани противоположно ориентирани линии на магнитно поле, се формира текущ лист с нарастваща интензивност (на синьо на фигура 2). Когато интензитетът на тези токове надвиши критичен праг, настъпва топологична реконфигурация на магнитното поле (дясно изображение на фигура 2).
Фиг. 2: Магнитно повторно свързване
Когато движенията на плазмата (червени стрелки) се доближат до линии на магнитно поле с много различна ориентация, се образува зона с интензивен ток (синя на изображението). Когато силата на тока надвиши критичен праг, има повторно свързване. Топологията на магнитното поле след това се променя до конфигурация без зони с интензивен ток
По време на фазата на компресия (Фигура 1), енергията се съхранява в магнитното поле, подобно на огъването на лък за изстрелване на стрели. При повторно свързване (Фигура 2), част от енергията, натрупана в магнитното поле, внезапно се освобождава като топлина (чрез разсейване на токове и удари). Част от енергията също се връща под формата на мащабна кинетична енергия, тъй като задържаната в магнитното поле плазма е принудена да следва преконфигуриращото движение на линиите на магнитното поле. В дясното изображение на Фигура 2, след повторно свързване, се образува несвързана верига на магнитно поле вътре в Слънцето. След това контурът, освободен от закрепването си на Слънцето, е свободен да отлети в междупланетната среда при типични скорости от порядъка на няколко хиляди км/сек. Следователно повторната връзка често се използва като механизъм за задействане на много зрелищни коронални масови изригвания и изхвърляния.