Turbulens som en drivkraft för kinetiska processer i rymdplasma

Plasma finns överallt i universum, till exempel i det interstellära mediet, i stjärnbildningsområden och i stjärn- eller exoplanetära miljöer. Heliosfären är dock det enda plasmasystem som är tillgängligt för direkta mätningar med hjälp av rymdfarkoster. Den experimentella studien av grundläggande processer som sker i heliosfärisk plasma är därför avgörande för att förstå hur "plasmauniversumet" fungerar och för att tolka astrofysiska observationer.

Turbulens förekommer överallt och är därför av särskilt intresse. Precis som när man rör om i en kopp kaffe med en sked injiceras energi i plasman av storskaliga solstrukturer. Turbulens bryter ner denna energi i mindre virvlar, där komplexa plasmaprocesser (motsvarande effekterna av kaffets viskositet) omvandlar den till plasmavärme.

Den senaste tidens teoretiska utveckling har gett nya sätt att mäta sådan energi med stor noggrannhet. Men i de extremt tunna rymdplasman är de komplexa processer som dissiperar energin och turbulensens roll för att driva dessa processer ännu inte helt förstådda. Att förstå dessa grundläggande processer, och i slutändan hur "plasmauniversumet" fungerar, är en stor utmaning för rymd-, astrofysik- och laboratorieplasmaforskare.

Detta treåriga förslag söker finansiering för att stödja en senior forskare som kommer att arbeta i nära samarbete med ett motiverat och mångsidigt internationellt team av forskare.

Denna ansökan kommer att använda mätningar från en toppmodern rymdfarkost som för närvarande kretsar runt jorden, Magnetospheric Multiscale Mission (MMS), för att ta itu med den mänskliga naturen hos turbulenta, tunna rymdplasman i den jordnära rymden.

Vi kommer att utföra en omfattande dataanalys för att undersöka vilken roll turbulensgenererade virvlar spelar för att bestämma, driva, dämpa och/eller modulera de olika plasmaprocesser som leder till acceleration och upphettning av plasmapartiklar, generering av vågor och slutligen energiförlust i rymdplasma.

Numeriska simuleringar kommer att stödja tolkningarna.

Resultaten kommer att möjliggöra en bättre tolkning av observationer av avlägsna astrofysiska objekt, där partikelenergin bidrar till att forma egenskaperna hos det emitterade ljuset och den kosmiska strålningen som vi mäter med teleskop och andra instrument.

Dessutom kommer de att förbättra vår förmåga att modellera och förutsäga solvindens interaktion med jordens magnetosfär, som bestämmer rymdvädret på jorden. Detta kan påverka radiokommunikation, orsaka strömavbrott, medföra strålningsrisker för astronauter och till och med leda till förlust av kommersiella satelliter, förutom de spektakulära norrsken som vi bevittnar just nu.