Modelowanie dynamicznej magnetosfery
Do niedawna globalne przenoszenie energii podlegało ocenie w drodze analiz korelacji parametrów wiatru słonecznego i wskaźników aktywności magnetosfery. Jednak szybko rosnąca moc obliczeniowa umożliwiła globalne modelowanie magnetosferyczego pola magnetycznego. Najmniej wymagające pod względem obliczeniowym podejście magnetohydrodynamiczne (MHD) znacząco zmieniło się dzięki dużej liczbie kodów dostępnych dla badań kosmicznych. Nie można jednak odtworzyć wielu procesów magnetosferycznych na dużą skalę w modelach MHD. W ramach projektu QUESPACE (Quantifying energy circulation in space plasma) badacze podjęli działania w celu wdrożenia fizyki kinetycznej do modelów globalnych. W tym celu wykorzystano równanie Własowa i opracowano model ewolucji dystrybucji jonów przy jednoczesnym użyciu elektronów jako cieczy. Główną korzyścią hybrydowego podejścia Własowa była możliwość wygenerowania funkcji rozprzestrzenia się jonów porównywalnych do funkcji mierzonych in situ przez statki kosmiczne. Jednak ze względu na złożoność obliczeniową w projekcie QUESPACE wykonać można było wyłącznie lokalne hybrydowe symulacje Własowa. W celu rozwiązania równania Własowa badacze opracowali metody numeryczne i wykorzystali najbardziej zawansowane metody paralelizacji, tak aby opisać przestrzeń kosmiczną Ziemi w skali jonowej. Vlasiator(odnośnik otworzy się w nowym oknie) to nowa globalna symulacja przestrzeni kosmicznej w skali kinetycznej. Korzystając z superkomputera Hermit opracowanego w ramach Partnerstwa na rzecz Zaawansowanych Technologii Obliczeniowych w Europie (PRACE), w projekcie QUESPACE wykonano pierwsze globalne symulacje hybrydowe Własowa. Za pomocą Vlasiatora odtworzono kluczowe funkcje interakcji magnetosfery i wiatru słonecznego, takie jak procesy wzajemnego oddziaływania fal i cząstek podczas poprzedzającego wstrząsu jonowego. Co ważne, rozprzestrzenienie się jonów odtworzone w symulacjach było spójne z obserwacjami pojedynczych oraz sieci pojazdów kosmicznych podczas wstrząsu poprzedzającego. Satelity Cluster pokazały w szczególności kompresyjne fale magnetodźwiękowe zgodne z obrazem odtworzonym w symulacjach. W odróżnieniu od obserwacji z pojazdów kosmicznych, Vlasiator tworzy modele całej jamy magnetosferycznej w ujęciu holistycznym, umożliwiające śledzenie procesów w czasie i przestrzeni, co stanowi duży krok naprzód. Prace w projekcie QUESPACE pozwoliły na zdefiniowanie nowych standardów w symulacjach fizyki plazmy kosmicznej.
