Złamanie uniwersalności w turbulencji plazmy
Badania nad turbulencją hydrodynamiczną (HD), bez pola magnetycznego, dostarczyły w ostatnich latach wielu ważnych odkryć. Postępy w badaniu turbulencji magnetohydrodynamicznych (MHD) były jednak ograniczone, głównie ze względu na brak danych eksperymentalnych. Aby pokonać trudności związane z prowadzeniem doświadczeń na systemach, do których ma zastosowanie MHD, naukowcy przeprowadzili symulacje numeryczne o bezprecedensowej rozdzielczości. Projekt MHDTURB(odnośnik otworzy się w nowym oknie) (Nonuniversal statistics in MHD turbulence) skupiał się na nierozwiązanym problemie uniwersalności w przypadku turbulencji płynów przewodzących prąd elektryczny. Mimo pewnych podobieństw do HD, symulacja stanów przepływu burzliwego w MHD wymaga zastosowania wysoce skomplikowanych modeli. Złożoność ta wynika z uzależnienia od warunków wstępnych i przekłada się na zwiększoną rozdzielczość symulacji numerycznych, której obsłużenie wymaga z kolei znacznych mocy obliczeniowych. Zespół MHDTURB przeniósł symulacje numeryczne turbulencji MHD na wyższy poziom dzięki wykorzystaniu zasobów obliczeniowych Partnerstwa na rzecz Zaawansowanych Technologii Obliczeniowych w Europie (PRACE). Wyniki badań wskazują na różne zachowania, które można obserwować zależnie od warunków początkowych. Różnice te przypisano tworzonym strukturom. Mimo to, ze względu na wzrost uzyskanej "siły" turbulencji, można zaobserwować przejście do potencjalnie uniwersalnego zachowania, podobnie jak w przepływach burzliwych HD, gdzie warunki początkowe są najczęściej pomijane. Wyniki symulacji ujawniły ponadto, że w przypadku braku perturbacji symetrie są zachowywane w badanych liczbach Reynoldsa. W przypadku obecności nawet najmniejszej perturbacji niektóre symetrie ulegają załamaniu, o ile liczba Reynoldsa jest wystarczająco wysoka. Warstwy prądowe powstające w regionach nieciągłości magnetycznej okazały się odpowiadać za zjawisko polegające na tym, że w rozkładających się przepływach burzliwych MHD zachodzi dystrybucja energii między skalami. Uczeni odkryli też, że przy losowych warunkach początkowych występują przejściowe widma w przypadku bliskiej korelacji między prędkością i prądem. Podsumowując, projekt MHDTURB dostarczył informacji na temat turbulencji MHD, które przydadzą się w badaniach eksperymentalnych dotyczących tego wielowymiarowego zjawiska, występującego powszechnie w astrofizyce czy fizyce plazmy.
Słowa kluczowe
Uniwersalność, plazma, turbulencje, astrofizyczne, magnetohydrodynamiczne, MHDTURB
