Руководитель: Дивин А. В.
Номер: РНФ 23-22-00386
Аннотация:
Быстрые коллимированные сгустки плазмы, известные как джеты, наблюдаются в самых различных плазменных средах и существуют в большом диапазоне параметров. События такого рода в особенности характерны для астрофизической и гелиосферной плазмы. Энергичная плазма при этом вытесняет фоновую среду и магнитное поле, генерируя возмущения на расстояниях, много больших по сравнению с размером источника.
Ряд фундаментальных проблем, которые решаются в настоящем проекте, требуют как новых экспериментальных данных, так и адекватных численных расчетов. Основной составляющей частью проекта будет трехмерное моделирование кинетическим кодом, которое позволит совместить микроскопическую и макроскопическую динамику взаимодействия. Вычислительный код позволяет отслеживать траектории частиц разных видов и выделять количественно роль различных процессов.В проекте будут рассмотрены следующие фундаментальные вопросы : 1) какие процессы определяют скорость коллапса каверны; 2) как происходит проникновение магнитного поля в центр каверны на стадии, когда облако ещё продолжает расширение; 3) какова роль кинетических микронеустойчивостей и эффекта Холла. С помощью кинетического моделирования будет изучен энергетический баланс и трансформация начальной энергии расширяющегося облака, изучено влияние химического состава начального облака.
Работа в 2023-2024 проводится совместно с институтом лазерной физики СО РАН, в котором существует стенд КИ-1 ("Космические Исследования - 1"). Установка предназначена для лабораторного исследования активных явлений в космической плазме. Эксперимент предоставляет обширные диагностические возможности для измерения параметров плазмы зондами и оптическими средствами. В рамках настоящего проекта на стенде КИ-1 проводится серия экспериментов, в которой с помощью лазерного излучения будет формироваться либо сферическое облако лазерной плазмы, либо направленные потоки, расширяющиеся в фоновую среду.
Опираясь на результаты трехмерного численного моделирования, будет создана модель расширения облака энергичной плазмы при параметрах, характерных для ряда активных экспериментов в магнитосфере Земли, а также лабораторных опытов на установке КИ-1. Рассматриваются варианты с фоновой плазмой (сверх-Альвеновский разлёт), а также вариант расширения в вакуум с магнитным полем (суб-Альвеновский разлёт). По результатам изучения динамики торможения облака будет сделан вывод о роли аномальной диффузии при вносе магнитного поля на поздней стадии в образующуюся каверн и будет проведено качественное и количественное сравнение с лабораторным экспериментом.