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ヴラシエーターが明らかに: 宇宙物理学の中心的な謎の解決策
ヘルシンキ大学より2023年8月22日
地球近傍空間でのプラズマ噴火。 ヘルシンキ大学の Vlasiator モデルは、磁気リコネクションと運動学的不安定性の両方が地球近傍空間でのプラズマ噴火の原因であることを実証し、宇宙研究と宇宙技術に重要な洞察を提供しました。 クレジット: ジャニ・ナーリ
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"}]">地球近傍空間でのプラズマ噴火は、磁気リコネクションと運動学的不安定性の両方の影響を受けます。 原因については理論によって長い間議論されてきましたが、Vlasiator の 6D モデリングは、両方の理論が共存し、同時に機能することを示しました。 この洞察は、宇宙船の設計、さらなる研究、宇宙天気予報の強化にとって非常に重要です。
地球近傍空間でのプラズマ噴火はどのようにして起こるのでしょうか? 地球近傍空間をシミュレートするためにヘルシンキ大学で設計されたモデルである Vlasiator は、噴火の発生に関する 2 つの中心理論が同時に有効であることを実証しました。噴火は磁気リコネクションと運動学的不安定性の両方によって説明されます。
プラズモイド、または急速なプラズマ噴火は、磁気圏の夜側で発生します。 プラズモイドは、オーロラの突然の増光にも関連しています。 ヘルシンキ大学の宇宙物理研究グループは、Vlasiator モデルを使用して、地球近傍空間でのこれらの予測困難な噴火を調査し、シミュレーションしています。
「プラズモイドに関連する現象は、最も強力だが予測不可能な磁気擾乱を引き起こします。これは、例えば送電網の擾乱を引き起こす可能性があります」とヘルシンキ大学の計算空間物理学のミンナ・パルロス教授は言う。
「これらの噴火は、磁気圏の『尾部』で、さまざまな規模で毎日発生しています。」
最近コペルニクスメダルを授与されたパームロート氏は、持続可能な宇宙研究センター・オブ・エクセレンスの所長でもあり、ヴラシエーター・シミュレーションの主任研究者でもある。
「プラズモイドに至る一連の出来事は、宇宙物理学における最も長く未解決の疑問の一つです。その解決策は1960年代から模索されてきました」とパームロス氏は言う。
出来事の経過を説明するために、2つの競合する考え方が提案されており、最初のものは、磁気リコネクションが磁気尾部の一部をプラズモイドに切断すると主張している。 別の説明によれば、運動学的不安定性により、尾部を維持する電流シート（広く薄い電流分布）が破壊され、最終的にプラズモイドが放出されるという。 これら 2 つの現象の優位性に関する議論は数十年にわたって続いています。
「因果関係は、実際には以前に理解されていたよりも複雑であることが現在ではわかっています」とパームロス氏は言う。
スーパーコンピューターの処理能力を必要とする Vlasiator シミュレーションは、初めて地球近傍空間を 6 次元かつ磁気圏のサイズに対応するスケールでモデル化しました。 6D モデリングは、両方のパラダイムの基礎となる物理現象を記述することに成功しました。
「これは、他の誰もモデル化できなかった、技術的に難しい課題でした」とパームロス氏は言います。 この成果の背景には、10 年以上にわたるソフトウェア開発があります。 その結果、この研究は、磁気リコネクションと運動学的不安定性の両方が磁気尾部の機能を説明することを実証することができました。 これらの一見矛盾した理論に関連する現象は、実際には両方同時に起こります。
この発見は、プラズマ噴火がどのように発生するかを理解するのに役立ちます。 これは、宇宙船や機器の設計、さらなる研究のためのこれらの現象の観察、および地球近傍空間の理解を向上させることによる宇宙天気の予測可能性の向上に役立ちます。
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>