Turbulencje wiatru słonecznego i magnetosfery planet
Ekspansja wiatru słonecznego we wszystkich kierunkach z prędkością, która często przekracza 400 km/s, opisywana jest za pomocą magnetohydrodynamiki w dużych skalach. Ten złożony opis powinien zawierać procesy zbiorcze i rozpraszające, w których energia jest przekazywana z większej do mniejszej skali. Uczestnicy unijnego projektu STORM (Solar system plasma turbulence: Observations, intermittency and multifractals) podjęli starania w celu znalezienia odpowiedzi na otwarte pytania, dotyczące m.in. tego, w jaki sposób turbulencja powstaje i przerywa kaskadę energetyczną oraz jak dzielona jest energia między dużymi i małymi skalami. Odpowiedź na te pytania ma kluczowe znaczenie dla poznania procesów akceleracji cząstek i nagrzewania się plazmy w koronie słonecznej i wietrze słonecznym oraz innych plazmach kosmicznych. Obserwacje wiatru słonecznego prowadzone przez statki kosmiczne, takie jak Ulysses, oraz obserwacje środowisk plazmy planetarnej przez sondy Cluster i Venus Express przyniosły cenne rezultaty badawcze w zakresie fluktuacji plazmy i pól opisujących stan turbulencji zjonizowanej materii w układzie słonecznym. Naukowcy w ramach projektu STORM wykorzystali różne metody analizy struktury i topologii tych fluktuacji w różnych obszarach układu słonecznego. Poza obserwacjami wiatru słonecznego naukowcy przyjrzeli się bliżej także turbulencjom powstałym na styku magnetosfer Wenus, Ziemi i Saturna oraz w wietrze słonecznym. Wysoka rozdzielczość czasowa pomiarów plazmy i pola magnetycznego, pochodzących z obserwacji przez satelity Cluster, Venus Express, Giotto i Cassini, dała naukowcom szansę na analizę najmniejszej jak dotąd skali wiatru słonecznego. Co więcej, zaawansowane modele opracowane na podstawie metody statystycznej, jak geometria (multi)fraktalna, mogą zostać przetestowane w twórczy sposób, co pozwoli na uzyskanie nowego obrazu tak powszechnego zjawiska, jakim są turbulencje. Jednym z najważniejszych rezultatów projektu STORM jest biblioteka komputerowa do nieliniowej analizy danych, zawierająca metody umożliwiające badanie struktury turbulencji. Biblioteka zawiera też metody analizy niższego rzędu, takie jak analiza gęstości widma mocy, aż po analizy wyższego rzędu, takie jak funkcje rozkładu prawdopodobieństwa i multifraktale. Jest to wszechstronne narzędzie, które ma możliwość przetworzenia szerokiego spektrum danych pochodzących z obserwacji przez statki kosmiczne, jak również danych syntetycznych. Narzędzia do analizy danych mogą być pobierane bez ograniczeń ze strony internetowej projektu i wykorzystane w celu skutecznej analizy szeregów czasowych, udostępnionych za pośrednictwem baz danych projektu STORM lub pochodzących z innych misji kosmicznych: zarówno starszych, jak i bieżących czy nawet przyszłych. Wyniki naukowe otrzymane w ramach projektu STORM przyczyniły się do uzyskania pełniejszego obrazu zjawiska turbulencji wewnątrz plazm układu słonecznego. Wszystkie nowe wiadomości na temat turbulencji w wietrze słonecznym i planetarnych magnetosferach pozwolą spojrzeć z całkiem nowej perspektywy na społeczne wyzwania, takie jak pogoda kosmiczna oraz niestabilne właściwości plazmy wpływające na działanie elektrowni fuzyjnych.
Słowa kluczowe
Turbulencje, wiatr słoneczny, turbulencje plazmy, magnetohydrodynamika, STORM, multifraktale
