Wetenschappers met NASA's MMS-missie kraken 60 jaar mysterie van snelle magnetische explosies

Vragen, theorieën, ontdekkingen e,d, op het gebied van wiskunde, natuurkunde en chemie horen hier thuis.
Plaats reactie
Gebruikersavatar
univers
Observer
Berichten: 33354
Lid geworden op: 27 jan 2013, 11:10

Wetenschappers met NASA's MMS-missie kraken 60 jaar mysterie van snelle magnetische explosies

Bericht door univers » 28 apr 2022, 21:21

Afbeelding

In slechts enkele minuten kan een uitbarsting op de zon genoeg energie vrijgeven om de hele wereld gedurende 20.000 jaar van energie te voorzien. Een explosief proces genaamd magnetische herverbinding veroorzaakt deze zonnevlammen en wetenschappers hebben de afgelopen halve eeuw geprobeerd te begrijpen hoe het proces plaatsvindt.

Het is niet alleen een wetenschappelijke curiositeit: een beter begrip van magnetische herverbinding zou inzichten in kernfusie kunnen opleveren en betere voorspellingen kunnen geven van deeltjesstormen van de zon die de technologie in een baan om de aarde kunnen beïnvloeden.

Nu denken wetenschappers met NASA's Magnetospheric Multiscale Mission, of MMS, dat ze het door hebben. De wetenschappers hebben een theorie ontwikkeld die verklaart hoe het meest explosieve type magnetische herverbinding - snelle herverbinding genoemd - plaatsvindt en waarom het met een constante snelheid gebeurt. De nieuwe theorie maakt gebruik van een algemeen magnetisch effect dat wordt gebruikt in huishoudelijke apparaten, zoals sensoren die antiblokkeerremsystemen van voertuigen timen en weten wanneer een klepje van een mobiele telefoon is gesloten.

"We begrijpen eindelijk wat dit type magnetische herverbinding zo snel maakt", zei hoofdauteur van de nieuwe studie Yi-Hsin Liu, een professor natuurkunde aan het Dartmouth College in New Hampshire en de plaatsvervangend leider van het MMS-theorie- en modelleringsteam. "We hebben nu een theorie om het volledig uit te leggen."

Magnetische herverbinding is een proces dat plaatsvindt in plasma, ook wel de vierde toestand van materie genoemd. Plasma vormt zich wanneer een gas voldoende energie heeft gekregen om zijn atomen uit elkaar te halen, waardoor een bonte verzameling negatief geladen elektronen en positief geladen ionen naast elkaar bestaan. Dit energetische, vloeistofachtige materiaal is buitengewoon gevoelig voor magnetische velden.

Van uitbarstingen op de zon, tot de ruimte nabij de aarde, tot zwarte gaten, plasma's in het hele universum ondergaan magnetische herverbinding, die magnetische energie snel omzet in warmte en versnelling. Hoewel er verschillende soorten magnetische herverbinding zijn, staat een bijzonder raadselachtige variant bekend als snelle herverbinding, die met een voorspelbare snelheid plaatsvindt.

"We weten al een tijdje dat snelle herverbinding plaatsvindt met een bepaalde snelheid die vrij constant lijkt te zijn", zegt Barbara Giles, projectwetenschapper voor MMS en onderzoekswetenschapper bij NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland. "Maar wat die snelheid echt drijft, was tot nu toe een mysterie."

Het nieuwe onderzoek, gepubliceerd in een paper in het tijdschrift Nature's Communications Physics en gedeeltelijk gefinancierd door de National Science Foundation, legt uit hoe snel opnieuw verbinding wordt gemaakt met name in botsingsloze plasma's - een soort plasma waarvan de deeltjes voldoende verspreid zijn zodat de individuele deeltjes niet met elkaar in botsing komen. Waar herverbinding plaatsvindt in de ruimte, bevindt het meeste plasma zich in deze botsingsloze toestand, inclusief het plasma in zonnevlammen en de ruimte rond de aarde.

De nieuwe theorie laat zien hoe en waarom snelle herverbinding waarschijnlijk wordt versneld door het Hall-effect, dat de interactie tussen magnetische velden en elektrische stromen beschrijft. Het Hall-effect is een veelvoorkomend magnetisch fenomeen dat wordt gebruikt in alledaagse technologie, zoals wielsnelheidssensoren van voertuigen en 3D-printers, waarbij sensoren snelheid, nabijheid, positionering of elektrische stromen meten.

Tijdens snelle magnetische herverbinding stoppen geladen deeltjes in een plasma - namelijk ionen en elektronen - als groep met bewegen. Naarmate de ionen en elektronen afzonderlijk beginnen te bewegen, geven ze aanleiding tot het Hall-effect, waardoor een onstabiel energievacuüm ontstaat waarin opnieuw verbinding wordt gemaakt. Druk van de magnetische velden rond het energievacuüm zorgt ervoor dat het vacuüm implodeert, waardoor er snel enorme hoeveelheden energie vrijkomen met een voorspelbare snelheid.

Afbeelding
Deze visualisatie toont het Hall-effect, dat optreedt wanneer de beweging van de zwaardere ionen (blauw) zich loskoppelt van de lichtere elektronen (rood) wanneer ze het gebied binnenkomen met sterke elektrische stromen (gouden gebied).
Credits: Tom Bridgman/NASA's Scientific Visualization Studio
De nieuwe theorie zal de komende jaren worden getest met MMS, dat vier ruimtevaartuigen gebruikt die in een piramideformatie rond de aarde zijn gevlogen om magnetische herverbinding in botsingsloze plasma's te bestuderen. In dit unieke ruimtelaboratorium kan MMS magnetische herverbinding bestuderen met een hogere resolutie dan op aarde mogelijk zou zijn.

"Uiteindelijk, als we kunnen begrijpen hoe magnetische herverbinding werkt, kunnen we gebeurtenissen beter voorspellen die ons op aarde kunnen beïnvloeden, zoals aardmagnetische stormen en zonnevlammen," zei Giles. "En als we kunnen begrijpen hoe herverbinding wordt geïnitieerd, zal het ook energieonderzoek helpen, omdat onderzoekers magnetische velden in fusie-apparaten beter kunnen beheersen."

https://www.nasa.gov/feature/goddard/20 ... explosions
Een mens is net een open boek, je moet het enkel kunnen lezen.

Plaats reactie