Wiatr słoneczny jako laboratorium turbulencji
Turbulencje występujące w wietrze słonecznym mają różną skalę — niektóre są tak duże, jak planety, natomiast inne mają rozmiar cząstek elementarnych. Zrozumienie tego bardzo dynamicznego systemu jest utrudnione ze względu na skutki ścinania prędkości pomiędzy szybkimi i wolnymi strumieniami wiatru słonecznego, sferyczną ekspansję wiatru słonecznego oraz jego ściśliwy charakter. Poprzez połączenie obserwacji in situ z podejściami teoretycznymi zespół projektu TURBOPLASMAS (Turbulent phenomena in space plasmas: Boosting observations, data analysis and numerical simulations) badał turbulencje z niespotykaną dotąd dokładnością. W ramach projektu ustanowiono program wymiany kadry naukowej pomiędzy sześcioma uczestniczącymi instytucjami, co wzmocniło współpracę i synergię. Chociaż można by się spodziewać, że temperatura wiatru słonecznego będzie się zmniejszać po opuszczeniu przez niego słońca i przecięcia przestrzeni międzyplanetarnej, obserwacje satelitarne wykazały, że tak nie jest — wiatr jest nagrzewany na całej jego drodze. Ponieważ obserwacje wykazały także znaczne natężenie turbulencji wiatru słonecznego, naukowcy podejrzewali, że ciepło jest generowane przez kaskadę turbulencji o mniejszej skali. Przed rozpoczęciem projektu TURBOPLASMAS nie było możliwe zidentyfikowanie procesów rozpraszania w skalach jonowych, które kończą kaskadę. Porównano obserwacje satelitarne wysokiej rozdzielczości i symulacje numeryczne w celu ułatwienia interpretacji podpisów i spójnych struktur, takich jak warstwy prądowe, a także struktur magnetycznych, takich jak miejsca nagrzewania w wietrze słonecznym. Uczestnicy projektu opracowali modele teoretyczne w celu zbadania skutków zderzeń cząstek składowych wiatru i poznania mechanizmów fizycznych, które prowadzą do ogrzewania populacji cząstek. Stwierdzono, że rekoneksja magnetyczna — proces, w którym pole magnetyczne łączy się i rozłącza, uwalniając jednocześnie ogromne ilości energii — występuje lokalnie jako typowa cecha turbulencji. Inne ważne wyniki obejmują pierwszy opis drobnych właściwości fluktuacji gęstości wiatru słonecznego, włączenie cząstek alfa do kinetycznych symulacji numerycznych turbulencji plazm i określenie odpowiednich skal przestrzennych i czasowych w turbulencji wiatru słonecznego. W ramach projektu porównano również eksperymentalne i teoretyczne aspekty turbulencji w plazmach w przestrzeni kosmicznej i laboratoriach. Turbulencje plazmy stanową główną przeszkodę w stworzeniu wydajnego reaktora syntezy jądrowej, w którym lekkie jądra atomowe łączą się i wytwarzają energię. Opublikowano łącznie 106 artykułów naukowych, w tym 11 artykułów przeglądowych i 2 wydania specjalne. Uzyskane wyniki stanowią istotne wsparcie dla naukowych misji kosmicznych nowej generacji. Ponadto wzmocniły ponadnarodową sieć współpracy między naukowcami z instytucji działających w tej dziedzinie.
Słowa kluczowe
Wiatr słoneczny, turbulencja, TURBOPLASMAS, plazmy kosmiczne, obserwacje satelitarne
