Un nouveau modèle informatique aide à amener le soleil dans le laboratoire – Technoguide

Chaque jour, le soleil éjecte de grandes quantités d’une soupe de particules chaudes connue sous le nom de plasma vers la Terre, où il peut perturber les satellites de télécommunications et endommager les réseaux électriques. Désormais, des scientifiques du Laboratoire de physique des plasmas de Princeton (PPPL) du Département américain de l’énergie (DOE) et du Département des sciences astrophysiques de l’Université de Princeton ont fait une découverte qui pourrait conduire à de meilleures prévisions de cette météorologie spatiale et aider à protéger les infrastructures sensibles.

La découverte provient d’un nouveau modèle informatique qui prédit le comportement du plasma dans la région au-dessus de la surface du soleil connue sous le nom de couronne solaire. Le modèle a été à l’origine inspiré d’un modèle similaire qui décrit le comportement du plasma qui alimente les réactions de fusion dans des installations de fusion en forme de beignet appelées tokamaks.

La fusion, la puissance qui entraîne le soleil et les étoiles, combine des éléments légers sous forme de plasma – l’état chaud et chargé de la matière composée d’électrons libres et de noyaux atomiques – qui génère des quantités massives d’énergie. Les scientifiques cherchent à reproduire la fusion sur Terre pour un approvisionnement pratiquement inépuisable d’énergie pour produire de l’électricité.

Les scientifiques de Princeton ont fait leurs découvertes en étudiant les champs magnétiques reliés entre eux qui font une boucle dans et hors du soleil. Dans certaines conditions, les boucles peuvent provoquer une éruption de particules chaudes de la surface du soleil dans d’énormes rots connus sous le nom d’éjections de masse coronale. Ces particules peuvent éventuellement frapper le champ magnétique entourant la Terre et provoquer des aurores boréales, ainsi qu’interférer avec les systèmes électriques et de communication.

«Nous devons comprendre les causes de ces éruptions pour prédire la météorologie spatiale», a déclaré Andrew Alt, étudiant diplômé du programme de Princeton en physique des plasmas à PPPL et auteur principal de l’article rapportant les résultats dans l’Astrophysical Journal.

Le modèle repose sur une nouvelle méthode mathématique qui incorpore un nouvel aperçu que Alt et ses collaborateurs ont découvert sur les causes de l’instabilité. Les scientifiques ont découvert qu’un type de secousse connu sous le nom d ‘«instabilité du tore» pouvait provoquer le détachement des champs magnétiques cordés de la surface du soleil, déclenchant un flot de plasma.

L’instabilité du tore desserre certaines des forces qui maintiennent les cordes attachées. Une fois que ces forces s’affaiblissent, une autre force fait que les cordes se dilatent et se soulèvent plus loin de la surface solaire. «La capacité de notre modèle à prédire avec précision le comportement des cordes magnétiques indique que notre méthode pourrait à terme être utilisée pour améliorer les prévisions météorologiques spatiales», a déclaré Alt.

Les scientifiques ont également développé un moyen de traduire plus précisément les résultats de laboratoire en conditions du soleil. Les modèles antérieurs reposaient sur des hypothèses qui facilitaient les calculs mais ne simulaient pas toujours le plasma avec précision. La nouvelle technique repose uniquement sur des données brutes. «Les hypothèses intégrées dans les modèles précédents suppriment les effets physiques importants que nous voulons prendre en compte», a déclaré Alt. “Sans ces hypothèses, nous pouvons faire des prédictions plus précises.”

Pour mener leurs recherches, les scientifiques ont créé des cordes à flux magnétique à l’intérieur de l’expérience de reconnexion magnétique (MRX) de PPPL, une machine en forme de tonneau conçue pour étudier la fusion et la rupture explosive des lignes de champ magnétique dans le plasma. Mais les cordes de flux créées en laboratoire se comportent différemment des cordes sur le soleil, puisque, par exemple, les cordes de flux dans le laboratoire doivent être contenues dans un récipient en métal.

Les chercheurs ont modifié leurs outils mathématiques pour tenir compte de ces différences, garantissant ainsi que les résultats de MRX pourraient être traduits au soleil. “Il y a des conditions sur le soleil que nous ne pouvons pas imiter en laboratoire”, a déclaré le physicien PPPL Hantao Ji, un professeur de l’Université de Princeton qui conseille Alt et a contribué à la recherche. «Ainsi, nous ajustons nos équations pour tenir compte de l’absence ou de la présence de certaines propriétés physiques. Nous devons nous assurer que nos recherches comparent des pommes à des pommes afin que nos résultats soient exacts.

La découverte du comportement tremblotant du plasma pourrait également conduire à une génération plus efficace d’électricité alimentée par la fusion. La reconnexion magnétique et le comportement du plasma associé se produisent dans les tokamaks ainsi que sur le soleil, de sorte que tout aperçu de ces processus pourrait aider les scientifiques à les contrôler à l’avenir.

Le soutien à cette recherche est venu du DOE, de la National Aeronautics and Space Administration et de la Fondation allemande pour la recherche. Les partenaires de recherche comprennent l’Université de Princeton, les laboratoires nationaux Sandia, l’Université de Potsdam, le Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics et l’Académie bulgare des sciences.

Source de l’histoire:

Matériel fourni par le DOE / Princeton Plasma Physics Laboratory. Original écrit par Raphael Rosen. Remarque: le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

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