Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Các nhà vật lý plasma không gian phát triển các thuật toán để đo các sóng nổi xuất hiện trong các sợi mỏng của dòng từ tính vào ban đêm của Trái đất.
Gió mặt trời đập vào từ trường ngày của Trái đất gây ra nhiễu loạn giống như không khí trên một cánh. Các nhà vật lý tại Đại học Rice đã phát triển các phương pháp mới để mô tả mức độ ảnh hưởng của thời tiết không gian vào ban đêm.
Nó hiếm khi yên tĩnh ở đó. Luồng gió mặt trời chảy quanh Trái đất và bay vào màn đêm nhưng gần hơn với hành tinh, các lô plasma bị kẹt trong sóng gió và chìm dần về Trái đất. Sự hỗn loạn đó gây ra những gợn sóng lớn trong huyết tương.
Với sự trợ giúp của một số tàu vũ trụ và các công cụ tính toán được phát triển trong thập kỷ qua, các nhà khoa học của Rice do nhà vật lý plasma không gian Frank Toffoletto dẫn đầu giờ đây có thể đánh giá các gợn sóng được gọi là sóng nổi do nhiễu loạn.
Những sóng này hay dao động đã được quan sát thấy trong lớp từ thông mỏng dọc theo nền của tấm plasma kéo ra khỏi màn đêm của hành tinh. Lý thuyết Rice là người đầu tiên định lượng chuyển động của họ.
Lý thuyết này bổ sung một yếu tố khác vào Mô hình đối lưu lúa gạo, một thuật toán được tạo ra trong nhiều thập kỷ giúp các nhà khoa học tính toán được từ trường bên trong và giữa sẽ phản ứng thế nào với các sự kiện như bão mặt trời đe dọa các vệ tinh, thông tin liên lạc và lưới điện trên Trái đất.
Bài báo mới trong Vật lý không gian JGR của Toffoletto, giáo sư danh dự Richard Wolf và cựu sinh viên tốt nghiệp Aaron Schutza bắt đầu bằng cách mô tả các bong bóng – “dòng chảy lớn” được dự đoán bởi cựu sinh viên Wolf và Rice Duane Pontius vào năm 1990 – rơi trở lại Trái đất thông qua đuôi plasma.
Về mặt chức năng, chúng là mặt trái của bong bóng khí nổi lên trên bầu khí quyển do trọng lực nhưng bong bóng plasma phản ứng với từ trường thay thế. Các bong bóng plasma mất phần lớn động lượng của chúng khi chúng chạm xuống tại ranh giới lý thuyết, giống như sợi giữa tấm plasma bên trong và màng cầu bảo vệ.
Điều đó đặt ranh giới hãm thành một dao động nhẹ chỉ kéo dài vài phút trước khi ổn định trở lại. Toffoletto đã so sánh chuyển động với một dây đàn guitar gảy đàn nhanh chóng trở lại trạng thái cân bằng.
“Cái tên lạ mắt cho cái này là eigenmode,” anh nói. “Chúng tôi đang cố gắng tìm ra các mã nguồn tần số thấp của từ quyển. Chúng chưa được nghiên cứu nhiều, mặc dù chúng dường như có liên quan đến sự gián đoạn động đối với từ quyển.”
Toffoletto cho biết nhóm Rice trong những năm gần đây đã phát hiện ra thông qua các mô phỏng rằng từ trường không phải lúc nào cũng phản ứng theo kiểu tuyến tính với động lực ổn định của gió mặt trời.
Toffoletto giải thích: “Bạn nhận được tất cả các loại chế độ sóng trong hệ thống. Dòng chảy lớn là một chế độ như vậy. Mỗi khi một trong những thứ này bay vào, khi chúng chạm vào vùng bên trong, về cơ bản chúng sẽ đạt đến điểm cân bằng và dao động với một tần số nhất định. Tìm tần số đó là điều mà bài báo này đề cập đến.”
Theo đo lường của tàu vũ trụ THEMIS, thời gian của những đợt sóng này là vài phút và biên độ thường lớn hơn Trái đất.
Hiểu tần số tự nhiên của hệ thống và cách thức hoạt động của nó có thể cho chúng ta biết rất nhiều về các tính chất vật lý của plasma vào ban đêm, sự vận chuyển của nó và làm thế nào nó có thể liên quan đến cực quang. Rất nhiều hiện tượng này xuất hiện trong tầng điện ly dưới dạng cấu trúc cực quang và chúng tôi không hiểu những cấu trúc này đến từ đâu.
Toffoletto cho biết các mô hình cho thấy sóng nổi có thể đóng vai trò trong việc hình thành dòng điện vòng bao gồm các hạt tích điện chạy quanh Trái đất cũng như các cơn bão từ, tất cả đều được kết nối với cực quang.
Ông nói rằng không quá một thập kỷ trước, nhiều mô phỏng từ trường “sẽ trông rất đồng đều và nhàm chán. Nhóm Rice đang hợp tác với Phòng thí nghiệm Vật lý Ứng dụng để đưa Mô hình Đối lưu Gạo vào một mã từ trường toàn cầu mới được phát triển có tên là “Gamera”, được đặt theo tên của quái vật hư cấu Nhật Bản.
Với các mô hình độ phân giải cao hơn và các phương pháp số tốt hơn nhiều, các cấu trúc này đang bắt đầu hiển thị trong các mô phỏng. Bài báo này là một phần nhỏ của câu đố chúng ta tập hợp lại về cách thức hoạt động của hệ thống. Tất cả những điều này đóng vai trò lớn trong việc hiểu cách thức thời tiết không gian hoạt động và cách mà nó tác động đến công nghệ, vệ tinh và các hệ thống trên mặt đất.
Bản thân Mô hình đối lưu gạo đã được làm mới trong tháng này trong một bài báo do cựu sinh viên Rice gần đây Jian Yang, hiện là phó giáo sư khoa học trái đất và không gian tại Đại học Khoa học và Công nghệ miền Nam, Thâm Quyến, Trung Quốc.
Nguồn truyện:
Tài liệu được cung cấp bởi Đại học Rice . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.
Tạp chí tham khảo :