Forscher erzielt Durchbruch bei der magnetischen Wiederverbindung, der bei der Vorhersage des Weltraumwetters helfen könnte

Ein Postdoktorand der West Virginia University am Institut für Physik und Astronomie hat einen Durchbruch bei der Untersuchung der magnetischen Wiederverbindung erzielt, die verhindern könnte, dass Weltraumstürme die Satelliten- und Stromnetzsysteme der Erde verwüsten.

Die Forschung von Peiyun Shi ist die erste ihrer Art im Laborumfeld und Teil des PHASMA-Projekts, einem komplexen Experiment, das aus fortschrittlicher Diagnostik, Elektromagneten und im Labor hergestelltem Plasma besteht, um neue Details über die Funktionsweise des Universums zu enthüllen.

Für sein Experiment verwendet Shi eine laserbasierte Diagnostik, um Plasma zu untersuchen. In der Diagnostik werden Laserstrahlen gerichtet und das Licht an Elektronen gestreut. Die Art und Weise, wie das Licht gestreut wird, gibt Aufschluss darüber, wie schnell sich die Elektronen bewegen. Und da das Plasma mehr als 10.000 Grad Fahrenheit hat, ermöglichen die Laser die Messung von Partikeln ohne die Verwendung einer Sonde oder eines Thermometers, die bei solch hohen Temperaturen schmelzen würden.

Laut Shi ist die Technik analog zum Doppler-Effekt, der eine Zunahme oder Abnahme der Frequenz von Schall- oder Lichtwellen ist, die von einer Quelle ausgehen, wenn sich ein Beobachter auf die Quelle zu oder von ihr weg bewegt.

Shis Ergebnisse wurden in veröffentlicht Briefe zur körperlichen Überprüfung.

„Es ist wie eine Radarkanone für Teilchen“, sagte Earl Scime, Direktor des WVU-Zentrums für kinetische Experimente, Theorie und integrierte Computerphysik und Oleg D. Jefimenko-Professor für Physik. Laut Scime können ähnliche Studien nur die durchschnittlichen Eigenschaften der Elektronen bestimmen, aber mit der im Rahmen des PHASMA-Projekts verfügbaren Technologie ist Shi in der Lage, die tatsächlichen Geschwindigkeiten der Elektronen zu messen.

„Unsere Arbeit beweist der fundamentalen Plasmagemeinschaft, dass fortschrittliche Laserdiagnostik wichtige kinetische Merkmale messen kann, die für keine andere herkömmliche Diagnostik zugänglich sind“, sagte Shi. „Dies ist für das Verständnis verschiedener plasmaphysikalischer Prozesse und für die Ergänzung moderner Satellitenbeobachtungen unerlässlich. Es ist ein großes Privileg, hier mit einem fantastischen Team an einem so vielversprechenden Projekt zu arbeiten, und die produktive Zusammenarbeit mit Paul Cassak und seinem Absolventen M. Hasan Barbhuiya ist es auch.“ entscheidend für diese Arbeit und sehr geschätzt.“

Diese Forschung hat einen großen Einfluss auf breitere Themen wie die Vorhersage von Weltraumwetterereignissen. Die magnetische Wiederverbindung spielt eine wichtige Rolle dabei, wie Plasmaausbrüche auf der Sonne auftreten. Diese Eruptionen können zu Sonneneruptionen führen, die die Röntgen- und UV-Emissionen erhöhen, was eine Bedrohung für Astronauten in der Internationalen Raumstation darstellt. Die Eruptionen können auch zu großen Plasmamassen führen, die durch den Weltraum reisen und in die Magnetosphäre der Erde einschlagen. Diese Weltraumstürme können Satelliten- und Stromnetzsysteme auf der Erde verwüsten.

„Jedes Mal, wenn wir mehr über die magnetische Wiederverbindung verstehen, hat sie Anwendungen vom Weltraumwetter über die thermonukleare Fusion bis hin zu einem grundlegenden Verständnis der Funktionsweise des Universums“, sagte Scime.

Das Projekt PHASMA ist im Center for KINETIC Plasma Physics angesiedelt. PHASMA – oder das Experiment PHAse Space Mapping, wie es offiziell genannt wird – steht im Mittelpunkt des WVU Center for Kinetic Experiment, Theory and Integrated Computation Plasma Physics.

PHASMA wurde entwickelt, um dreidimensionale Messungen der Bewegung von Ionen und Elektronen in einem Plasma in sehr kleinem Maßstab durchzuführen, und ist die einzige Einrichtung weltweit, die in der Lage ist, diese detaillierten Messungen durchzuführen.