В исследовании, опубликованном в The Astrophysical Journal, Даниэль Вершарен, доцент кафедры физики Центра космических наук ООН, сравнил два часто используемых теоретических описания, кинетическую теорию и магнитогидродинамику (МГД), при измерении поведения турбулентности в солнечном ветре. . Кинетическая теория рассматривает солнечный ветер как состав быстро движущихся частиц и использует очень сложные математические методы, которые требуют длительных периодов времени при оценке на сложных суперкомпьютерах. Второе описание, MHD, рассматривает солнечный ветер как жидкость или более газообразный, и его гораздо проще вычислить. Удивительно, но исследование показало, что именно МГД, модель, которую можно было быстрее вычислить, дала более точные прогнозы.
«Наше исследование показало, что очень важно, какая модель используется», — сказал Вершарен. «Мы обнаружили, что гораздо более быстрые вычисленные МГД-модели могут на самом деле отражать некоторые характеристики солнечного ветра намного лучше, чем ожидалось. Это очень важный результат для разработчиков моделей солнечного ветра, потому что он может оправдать применение МГД, основанного на первых принципах. и наблюдения ".
Чтобы доказать свою теорию, Вершарен собрал данные, полученные с космического корабля WIND, который в настоящее время движется по орбите в солнечном ветре, у соавторов исследования Кристофера Чена из Имперского колледжа Лондона и Роберта Уикса из Университетского колледжа Лондона. Сравнив теорию с фактическими данными космического корабля, команда обнаружила, что тип возмущения, который они исследовали, больше походил на жидкость, чем на кинетическую среду с бесстолкновительными частицами. Это было неожиданно, потому что они считали, что кинетическая теория должна работать намного лучше в таком разреженном или разреженном газе, как солнечный ветер.Это открытие может привести к более эффективному способу прогнозирования космической погоды для учреждений, которым необходимо постоянно моделировать солнечный ветер, таких как НАСА.
Суровая космическая погода может вызвать сбои спутников и связи, потерю GPS, отключение электроэнергии и даже может повлиять на коммерческие авиалинии и космические полеты. Чтобы спрогнозировать эффекты, которые плазма солнечного ветра и энергичные частицы могут оказывать на эти системы, разработчики моделей в настоящее время запускают различные компьютерные модели и сравнивают результаты. Вершарен и его команда считают, что их результаты могут помочь разработать набор критериев, чтобы определить, какой тип моделирования будет наиболее подходящим для их усилий по прогнозированию в конкретных ситуациях.«Если бы параметры солнечного ветра были определенным образом, они могли бы использовать МГД-моделирование, а если бы нет, им было бы лучше выполнить моделирование на основе кинетической теории», — сказал Вершарен. «Это просто обеспечит более эффективный способ предсказания космической погоды и солнечного ветра».
До сих пор не понятно, почему солнечный ветер ведет себя как жидкость. Исследователи надеются, что будущие исследования определят, при каких условиях солнечный ветер можно моделировать как жидкость с МГД, а когда потребуется кинетическая модель.