Die magnetische Rückverbindung ist ein grundlegender physikalischer Prozess in Plasmen, durch den die magnetische Energie schnell in kinetische Plasmaenergie und thermische Energie umgewandelt wird. Stromschichten im turbulenten Plasma sind der entscheidende Auslöser für die magnetische Wiederverbindung. Wie die aktuellen Blätter entstehen, bleibt jedoch ungeklärt.
Ein Forschungsteam unter der Leitung von Prof. Lu Quanming und Prof. Wang Rongsheng von der University of Science and Technology of China (USTC) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (CAS) entdeckte, dass die Strömungsschichten in der Region stromabwärts des Bugschocks der Erde, Magnetomantel, entstand aus den Wellen in der Region vor dem Stoß. Ihr Studium war veröffentlicht In Wissenschaftliche Fortschritte.
Der schnelle Sonnenwind interagiert mit der Magnetosphäre der Erde und erzeugt Bugschocks auf der sonnenbeschienenen Seite der Erde. Die Magnethülle, die Region stromabwärts des Bugschocks der Erde, ist eine der typischsten turbulenten Umgebungen und eignet sich sehr gut für die Untersuchung der Turbulenzdissipation.
Durch die Analyse der satellitengestützten In-situ-Detektion der Entwicklung von Plasmawellen in den stromaufwärts und stromabwärts gelegenen Regionen des Bugschocks stellte das Forscherteam fest, dass die Amplitude der Fluktuationen allmählich zunahm und sich dadurch bildete, wenn stromaufwärts gelegene Fluktuationen durch den Bugschock in den stromabwärts gelegenen Bereich gelangten eine kohärente Stromblattstruktur stromabwärts des Stoßes. Die magnetische Wiederverbindung erfolgte direkt innerhalb der Stromschichten, und magnetische Energie wurde schnell abgeleitet und in kinetische Plasmaenergie und thermische Energie umgewandelt.
Mit Hilfe der hybriden Simulationsmethode reproduzierte das Team den gesamten Prozess der Upstream-Fluktuationen von ihrer Entstehung bis zur Entwicklung in aktuelle Blätter.
Die Forscher fanden heraus, dass es sich bei den stromaufwärts gelegenen Fluktuationen um schnelle Magnetoschallwellen handelte, die durch die Instabilität der Ionenresonanz angeregt wurden. Während sich diese schnellen Magnetoschallwellen stromabwärts ausbreiten, werden sie kontinuierlich komprimiert und verstärkt und wandeln sich in der Magnethülle in Stromschichten um. Während dieser Prozesse wurde innerhalb dieser Stromschichten häufig eine magnetische Wiederverbindung ausgelöst.
Die Beobachtungsergebnisse des Magnetospheric Multiscale (MMS)-Satelliten zeigten große Übereinstimmung mit den Ergebnissen der Hybridsimulation und lieferten ausreichende Beweise für den Bildungsmechanismus und die Energiedissipation kohärenter Stromschichtstrukturen in turbulentem Plasma. Die Ergebnisse können auch auf geschocktes Plasma in anderen astrophysikalischen und Laborumgebungen übertragen werden.
Weitere Informationen:
Shimou Wang et al., Ursprung der Wiederverbindung von Stromschichten in schockiertem turbulentem Plasma, Wissenschaftliche Fortschritte (2024). DOI: 10.1126/sciadv.ado4639