세계 최대의 난기류 시뮬레이션으로 천체물리 플라즈마의 에너지 흐름을 밝힙니다.

[아름이]

세계 최대의 난기류 시뮬레이션으로 천체물리 플라즈마의 에너지 흐름을 밝힙니다.
날짜:
2022년 12월 26일
원천:
DOE/프린스턴 플라즈마 물리학 연구실
요약:
연구원들은 태양의 코로나가 코로나를 방출하는 태양 표면보다 훨씬 더 뜨거울 수 있는 이유를 설명하는 데 도움이 되는 오랫동안 숨겨진 과정을 밝혀냈습니다.

연구원들은 "태양 코로나"라고 불리는 태양을 둘러싼 대기가 그것을 방출하는 태양 표면보다 훨씬 더 뜨거울 수 있는 방법을 설명하는 데 도움이 되는 이전에 숨겨진 가열 과정을 발견했습니다.

미국 에너지부(DOE) 프린스턴 플라즈마 물리학 연구소(PPPL)의 발견은 별 형성, 우주에서 대규모 자기장의 기원, 폭발 공간 예측 능력과 같은 다양한 천체물리학적 퍼즐을 다루는 능력을 향상시킬 수 있습니다. 휴대 전화 서비스를 방해하고 지구상의 전력망을 정전시킬 수 있는 기상 현상. 가열 과정을 이해하는 것은 핵융합 연구에도 영향을 미칩니다.

돌파구

PPPL과 Princeton University의 물리학자인 Chuanfei Dong은 "우리의 직접 수치 시뮬레이션은 3D 공간에서 이 가열 메커니즘을 명확하게 식별할 수 있는 최초의 방법입니다."라고 말했습니다. "현재의 망원경과 우주선 장비는 작은 규모에서 발생하는 과정을 식별할 만큼 충분히 높은 해상도를 가지고 있지 않을 수 있습니다."라고 Science Advances 저널에서 돌파구를 자세히 설명하는 Dong은 말했습니다 .

숨겨진 요소는 플라즈마의 자기장, 태양 대기를 형성하는 전자 수프 및 원자핵을 분리하고 격렬하게 다시 연결하는 자기 재연결이라는 프로세스입니다. Dong의 시뮬레이션은 자기장 라인의 빠른 재연결이 대규모 난류 에너지를 소규모 내부 에너지로 바꾸는 방법을 보여주었습니다. 결과적으로 난류 에너지는 소규모의 열 에너지로 효율적으로 변환되어 코로나를 과열시킵니다.

"커피에 크림을 넣는다고 생각해보세요." 동이 말했다. "크림 방울은 곧 소용돌이 모양이 되고 가느다란 컬이 됩니다. 마찬가지로 자기장은 자기 재연결로 인해 부서지는 얇은 전류 시트를 형성합니다. 이 프로세스는 대규모에서 소규모로 에너지 캐스케이드를 용이하게 하여 프로세스를 보다 효율적으로 만듭니다. 이전에 생각했던 것보다 난류의 태양 코로나에서."

재연결 과정이 느리고 난기류 캐스케이드가 빠르면 재연결이 저울을 가로지르는 에너지 전달에 영향을 미칠 수 없다고 그는 말했습니다. 그러나 재연결 속도가 기존의 캐스케이드 속도를 초과할 정도로 빨라지면 재연결을 통해 캐스케이드를 소규모로 보다 효율적으로 이동할 수 있습니다.

플라스모이드라고 하는 작은 꼬인 선의 사슬을 생성하기 위해 자기장 선을 끊고 다시 결합함으로써 이를 수행합니다. 이것은 반세기 이상 동안 널리 받아 들여진 난류 에너지 캐스케이드에 대한 이해를 변화시킨다고 논문은 말합니다. 새로운 발견은 에너지 전달 속도를 플라스모이드가 얼마나 빨리 성장하는지와 연결하여 큰 규모에서 작은 규모로 에너지 전달을 향상시키고 이러한 규모에서 코로나를 강하게 가열합니다.

새로운 발견은 태양 코로나에서와 같이 전례 없이 큰 자기 레이놀즈 수를 가진 체제를 보여줍니다. 큰 숫자는 난류 캐스케이드의 새로운 높은 에너지 전달 속도를 나타냅니다. "자기 레이놀즈 수가 높을수록 재연결에 의한 에너지 전달이 더 효율적입니다.

2억 시간

"Chuanfei는 NASA NAS(Advanced Supercomputing) 시설에서 2억 개 이상의 컴퓨터 CPU[중앙 처리 장치]를 사용하는 세계 최대의 난기류 시뮬레이션을 수행했습니다. 연구를 감독했다. "이 수치 실험은 플라스모이드의 성장에 의해 제어되는 이전에 발견되지 않은 범위의 난류 에너지 캐스케이드에 대한 이론적으로 예측된 ​​메커니즘의 확실한 증거를 처음으로 생성했습니다.

"높은 영향을 미치는 저널인 Science Advances 에 실린 그의 논문은 Physical Review Letters 에 발표된 초기 2D 결과로 시작한 계산 프로그램을 완성합니다 . 이 논문은 Chuanfei가 Princeton Center for Heliophysics의 일원으로 수행한 인상적인 작업에 대한 코다를 형성합니다. ," 합동 Princeton 및 PPPL 시설. "우리는 이 작업을 용이하게 한 PPPL LDRD[Laboratory Directed Research & Development] 보조금과 컴퓨터 시간을 관대하게 할당한 NASA High-End Computing(HEC) 프로그램에 감사드립니다."

다양한 규모의 천체 물리학 시스템에서 이 발견의 영향은 현재와 미래의 우주선과 망원경으로 탐색할 수 있습니다. 저울에 걸친 에너지 전달 과정을 푸는 것은 주요 우주 미스터리를 해결하는 데 중요할 것이라고 논문은 말했습니다.

출처 : https://www.sciencedaily.com/