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Vlasiator dévoile : des solutions à un mystère central de la physique spatiale
Par Université d'Helsinki22 août 2023
Éruptions de plasma dans l’espace proche de la Terre. Le modèle Vlasiator de l'Université d'Helsinki a démontré que la reconnexion magnétique et les instabilités cinétiques sont responsables des éruptions de plasma dans l'espace proche de la Terre, fournissant ainsi des informations vitales pour la recherche et la technologie spatiales. Crédit : Jani Närhi
Vlasiator, a supercomputer model for simulating near-Earth space, has revealed that plasmaPlasma is one of the four fundamental states of matter, along with solid, liquid, and gas. It is an ionized gas consisting of positive ions and free electrons. It was first described by chemist Irving Langmuir in the 1920s." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"> les éruptions de plasma dans l’espace proche de la Terre sont influencées à la fois par la reconnexion magnétique et par les instabilités cinétiques. Alors que les théories débattent depuis longtemps de la cause, la modélisation 6D de Vlasiator a montré que les deux théories coexistent et fonctionnent simultanément. Ces informations sont cruciales pour la conception des engins spatiaux, la poursuite des recherches et l’amélioration des prévisions météorologiques spatiales.
Comment se forment les éruptions de plasma dans l’espace proche de la Terre ? Vlasiator, un modèle conçu à l'Université d'Helsinki pour simuler l'espace proche de la Terre, a démontré que les deux théories centrales sur l'apparition des éruptions sont simultanément valables : les éruptions s'expliquent à la fois par la reconnexion magnétique et par les instabilités cinétiques.
Les plasmoïdes, ou éruptions rapides de plasma, se produisent du côté nocturne de la magnétosphère. Les plasmoïdes sont également associés à l’éclaircissement soudain des aurores. À l’aide du modèle Vlasiator, le groupe de recherche en physique spatiale de l’Université d’Helsinki étudie et simule ces éruptions difficiles à prévoir dans l’espace proche de la Terre.
"Les phénomènes associés aux plasmoïdes provoquent les perturbations magnétiques les plus intenses mais les moins prévisibles, qui peuvent provoquer, par exemple, des perturbations dans les réseaux électriques", explique Minna Palmroth, professeur de physique spatiale computationnelle de l'université d'Helsinki.
"Ces éruptions se produisent quotidiennement, de différentes tailles, dans la "queue" de la magnétosphère."
Palmroth, qui a récemment reçu la médaille Copernic, est également directeur du Centre d'excellence en recherche sur l'espace durable et chercheur principal de la simulation Vlasiator.
"La chaîne d'événements menant aux plasmoïdes est l'une des questions non résolues les plus anciennes en physique spatiale : des solutions ont été recherchées depuis les années 1960", explique Palmroth.
Deux lignes de pensée concurrentes ont été proposées pour expliquer le cours des événements, la première affirmant que la reconnexion magnétique divise une partie de la queue magnétique en un plasmoïde. Selon l’autre explication, les instabilités cinétiques perturbent la feuille de courant (une distribution large et fine de courant électrique) maintenant la queue, ce qui aboutit finalement à l’éjection d’un plasmoïde. Les débats sur la primauté de ces deux phénomènes durent depuis des décennies.
"Il apparaît désormais que les causalités sont en fait plus complexes qu'on ne le pensait auparavant", déclare Palmroth.
La simulation Vlasiator, qui nécessite la puissance de traitement d'un superordinateur, a modélisé pour la première fois l'espace proche de la Terre en six dimensions et à une échelle correspondant à la taille de la magnétosphère. La modélisation 6D a réussi à décrire les phénomènes physiques sous-jacents aux deux paradigmes.
"C'était un défi technique difficile que personne d'autre n'avait pu modéliser", explique Palmroth. Derrière cette réussite se cachent plus de 10 ans de développement logiciel. Par conséquent, l’étude a pu démontrer que la reconnexion magnétique et les instabilités cinétiques expliquent le fonctionnement de la queue magnétique. Les phénomènes associés à ces théories apparemment contradictoires se produisent en réalité tous deux simultanément.
Cette découverte aide à comprendre comment les éruptions de plasma peuvent se produire. Cela aide à concevoir des engins spatiaux et des équipements, à observer ces événements pour des recherches plus approfondies et à améliorer la prévisibilité de la météo spatiale en améliorant la compréhension de l'espace proche de la Terre.
The findings were recently published in the distinguished journal, Nature Geoscience<span class="st"> Nature Geoscience is a monthly peer-reviewed scientific journal published by the Nature Publishing Group that covers all aspects of the Earth sciences, including theoretical research, modeling, and fieldwork. Other related work is also published in fields that include atmospheric sciences, geology, geophysics, climatology, oceanography, paleontology, and space science. </span><span class="st">It was established in January 2008.</span>" data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"Nature Geoscience./p>