Vlasiator 공개: 우주 물리학의 핵심 미스터리에 대한 솔루션

헬싱키 대학교 2023년 8월 22일

지구 근처 공간에서 플라즈마 폭발. 헬싱키 대학의 Vlasiator 모델은 자기 재결합과 운동 불안정이 모두 지구 근처 공간에서 플라즈마 폭발의 원인임을 입증하여 우주 연구 및 기술에 대한 중요한 통찰력을 제공합니다. 크레딧: 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"}]"> 지구 근처 공간에서의 플라즈마 분출은 자기 재결합과 운동 불안정성의 영향을 받습니다. 이론들이 원인에 대해 오랫동안 논쟁을 벌이는 동안 Vlasiator의 6D 모델링은 두 이론이 공존하고 동시에 기능한다는 것을 보여주었습니다. 이러한 통찰력은 우주선 설계, 추가 연구 및 우주 기상 예측 향상에 매우 중요합니다.

지구 근처 공간에서 플라즈마 분출은 어떻게 형성됩니까? 지구 근처 공간을 시뮬레이션하기 위해 헬싱키 대학에서 설계된 모델인 Vlasiator는 폭발 발생에 대한 두 가지 중심 이론이 동시에 유효하다는 것을 보여주었습니다. 폭발은 자기 재결합과 운동 불안정에 의해 설명됩니다.

Plasmoid, 즉 급속한 플라즈마 분출은 자기권의 밤 쪽에서 발생합니다. 플라스모이드는 또한 오로라가 갑자기 밝아지는 것과도 관련이 있습니다. 헬싱키 대학의 우주 물리학 연구 그룹은 Vlasiator 모델을 사용하여 지구 근처 공간에서 예측하기 어려운 이러한 폭발을 조사하고 시뮬레이션합니다.

"플라스모이드와 관련된 현상은 가장 강렬하지만 예측하기 어려운 자기 교란을 유발합니다. 이는 예를 들어 전기 그리드의 교란을 일으킬 수 있습니다"라고 헬싱키 대학의 전산 공간 물리학 교수인 Minna Palmroth는 말합니다.

"이러한 폭발은 자기권의 '꼬리'에서 다양한 크기로 매일 발생합니다."

최근 코페르니쿠스 메달을 수상한 Palmroth는 지속 가능한 우주 연구 우수 센터의 소장이자 Vlasiator 시뮬레이션의 수석 연구원이기도 합니다.

"플라스모이드로 이어지는 일련의 사건은 우주 물리학에서 가장 오랫동안 해결되지 않은 문제 중 하나입니다. 이에 대한 해결책은 1960년대부터 모색되었습니다."라고 Palmroth는 말합니다.

사건의 과정을 설명하기 위해 두 가지 경쟁적인 사고 방식이 제안되었으며, 첫 번째는 자기 재연결이 자기꼬리의 일부를 플라스모이드로 절단한다고 주장합니다. 다른 설명에 따르면, 운동학적 불안정성은 꼬리를 유지하는 전류 시트(전류의 넓고 얇은 분포)를 방해하여 결국 플라스모이드의 방출을 초래한다는 것입니다. 이 두 현상의 우월성에 대한 논쟁은 수십 년 동안 계속되어 왔습니다.

Palmroth는 “이제 인과 관계는 실제로 이전에 이해된 것보다 더 복잡한 것으로 보입니다.”라고 말합니다.

슈퍼컴퓨터 수준의 처리 능력이 필요한 블라시아터(Vlasiator) 시뮬레이션은 지구 근처 공간을 자기권의 크기에 상응하는 규모와 6차원으로 최초로 모델링했습니다. 6D 모델링은 두 패러다임의 기초가 되는 물리 현상을 성공적으로 설명했습니다.

Palmroth는 “이것은 누구도 모델링할 수 없는 어려운 기술적 과제였습니다.”라고 말했습니다. 이러한 성과의 이면에는 10년이 넘는 소프트웨어 개발 경험이 있습니다. 결과적으로, 이 연구는 자기 재연결과 운동학적 불안정성이 마그네토테일의 기능을 설명한다는 것을 입증할 수 있었습니다. 겉보기에 모순되는 것처럼 보이는 이론과 관련된 현상은 실제로 동시에 발생합니다.

이 발견은 플라즈마 분출이 어떻게 발생할 수 있는지 이해하는 데 도움이 됩니다. 이는 우주선과 장비를 설계하고, 추가 연구를 위해 이러한 사건을 관찰하고, 지구 근처 공간에 대한 이해를 높여 우주 날씨의 예측 가능성을 높이는 데 도움이 됩니다.

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>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"}]"plasma eruptions in near-Earth space are influenced by both magnetic reconnection and kinetic instabilities. While theories have long debated the cause, Vlasiator’s 6D modeling showcased that both theories coexist and function concurrently. This insight is crucial for spacecraft design, further research, and enhancing space weather predictions./strong>