Εξερευνώντας τα Μυστήρια της Μαγνητικής Επανασύνδεσης. Unlocking the Mysteries of Magnetic Reconnection

Η αποστολή Magnetospheric Multiscale (MMS) θα ερευνήσει το φαινόμενο της μαγνητικής επανασύνδεσης με 4 διαστημικά σκάφη. An artist's rendition of MMS as it sweeps through a magnetic reconnection event caused when the solar wind meets Earth's magnetic fields. Credit: SWRI

Η μαγνητική επανασύνδεση είναι ο βασικός μηχανισμός που η μαγνητική ενέργεια διαχέεται στο σύμπαν. Η ενέργεια απελευθερώνεται όχι με συνεχή τρόπο, αλλά με «εκρήξεις», δημιουργώντας φαινόμενα όπως οι ηλιακές εκλάμψεις ή οι μαγνητοσφαιρικές υποκαταιγίδες.

Technicians work on NASA’s 20-foot-tall Magnetospheric Multiscale (MMS) mated quartet of stacked observatories in the cleanroom at NASA’s Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Md., on May 12, 2014. Credit: Ken Kremer- kenkremer.com

Οι βασικές αρχές της μαγνητικής επανασύνδεσης έγιναν κατανοητές προς το τέλος του 1950. Αν δυο πακέτα μαγνητισμένου πλάσματος βρίσκονται σε αντίθετης κατεύθυνσης μαγνητικά πεδία και υπάρχει μια περιοχή ασθενέστερου ή μηδενικού πεδίου μεταξύ τους, τότε κάτω από συγκεκριμένες συνθήκες τα πακέτα μπορούν να πλησιάσουν μεταξύ τους. Οι μαγνητικές ροές με αντίθετες κατευθύνσεις εξουδετερώνονται και το πλάσμα εκτοξεύεται προς τα έξω, κατά μήκος των διευθύνσεων όπου το πεδίο είναι ασθενέστερο, με μια χαρακτηριστική ταχύτητα που ονομάζεται ταχύτητα Alfvén.

H μαγνητική επανασύνδεση είναι μια φυσική διαδικασία που πραγματοποιείται παρουσία πλάσματος κατά την οποία οι δυναμικές γραμμές του μαγνητικού πεδίου (με αντίθετο προσανατολισμό) ενώνονται και αναδιατάσσονται, ενώ ταυτόχρονα απελευθερώνεται μαγνητική ενέργεια εκσφενδονίζοντας φορτισμένα σωματίδια με μεγάλες ταχύτητες.

Οι αρχικές μαγνητικές γραμμές «επανασυνδέονται» και εμφανίζονται νέες όπως βλέπουμε στην παραπάνω εικόνα. Καθώς το πλάσμα προσεγγίζει την κεντρική περιοχή, το μαγνητικό πεδίο αλλάζει κατεύθυνση πολύ γρήγορα, παράγοντας κανάλια με ηλεκτρικό ρεύμα μεγάλης πυκνότητας τα οποία θερμαίνουν το πλάσμα.

NASA’s Magnetospheric Multiscale (MMS) science mission.

Πρόσφατες παρατηρήσεις στην μαγνητόσφαιρα και στο ηλιακό στέμμα μας δίνουν όλο και περισσότερα στοιχεία για τον ρόλο της επανασύνδεσης στο πλάσμα του διαστήματος. Υπάρχουν πολλά εκκρεμή ζητήματα σχετικά με την μικρής κλίμακας δομή της περιοχής επανασύνδεσης, στην οποία κυριαρχούν τα φαινόμενα της κίνησης του πλάσματος. Σ’ αυτές της μικρής κλίμακας περιοχές, τα σωματίδια μπορούν να επιταχυνθούν σε υψηλές ενέργειες, οι μαγνητικές γραμμές «σπάνε» και επανασυνδέονται, πίδακες πλάσματος εκτοξεύονται, απελευθερώνεται θερμότητα και ενέργεια μεταφέρεται από τη μια περιοχή στην άλλη. Τα φαινόμενα αυτά, όπου η δυναμική μεγάλης κλίμακας και η φυσική πλάσματος μικρής κλίμακας έρχονται πρόσωπο με πρόσωπο, θα μελετήσει η αποστολή της NASA, Magnetospheric Multiscale, ή MMS. Η αποστολή ξεκινάει τον Μάρτιο του 2015, όταν θα εκτοξευθούν και θα τεθούν σε τροχιά τέσσερα ειδικά εξοπλισμένα διαστημικά σκάφη.

Οι 4 διαστημικές συσκευές απελευθερώνονται στο διάστημα (στιγμιότυπο από το animation).

Στο βίντεο που ακολουθεί περιγράφεται το πως ακριβώς θα γίνει αυτή η έρευνα:

In March of 2015, an unprecedented NASA mission will launch to study a process so mysterious that no one has ever directly measured it in action. To create the first-ever 3-dimensional maps of this process, a process called magnetic reconnection, which occurs all over the universe, the Magnetospheric Multiscale, or MMS, mission uses four separate spacecraft equipped with ultra high speed instruments. Watch the video to get a sneak preview of how MMS will make this journey: The four spacecraft are housed in a single rocket on their trip into space. One by one, each ejects out, before moving into a giant pyramid-shaped configuration. Next each spacecraft deploys its six booms. Once in orbit, MMS will fly through regions near Earth where this little-understood process of magnetic reconnection occurs. Magnetic reconnection happens in thin layers just miles thick, but can tap into enough power at times to create gigantic explosions many times the size of Earth. For more information about MMS, visit: www.nasa.gov/mms

Πηγή: www.nasa.gov - web.physics.udel.edu