L'épaisseur de la couche de courant où se produit la reconnexion magnétique détermine la vitesse de conversion d'énergie, l'angle d'ouverture du jet et le rôle de la reconnexion dans le chauffage du vent solaire. Presque toutes les mesures de cette grandeur dans le vent solaire ont été faites avec un seul appareil, qui ne peut pas distinguer le mouvement de la frontière de son extension spatiale. Des méthodes multi-satellites ont déjà été utilisées pour des couches de courant ordinaires et pour la géométrie des jets, mais une comparaison directe avec des estimations à un seul appareil pour les mêmes frontières de reconnexion manquait. Ce travail se situe à côté des études sur la couronne solaire, le vent solaire et les sursauts radio rapides, où des mesures précises de frontières non stationnaires sont également importantes, mais il se distingue en vérifiant pour la première fois la méthode standard sur une reconnexion active avec quatre appareils.
On a utilisé les données des quatre satellites MMS en mode haute résolution du 10 novembre 2017, lorsque les appareils se trouvaient dans le vent solaire pur à une distance d'environ 16 km les uns des autres (0,16 longueur d'inertie ionique). Pour chacune des quatre traversées de la couche de courant, on a mesuré les délais entre les paires de satellites par corrélation croisée des profils complets du champ magnétique, ce qui a donné une précision de l'ordre de la milliseconde pour la détermination des délais. La normale et la vitesse de la frontière ont été trouvées en résolvant un système d'équations pour une frontière plane, et les incertitudes ont été estimées par la méthode de Monte-Carlo. Pour la comparaison, on a utilisé trois estimations standard à un seul appareil de la vitesse : le flux local du plasma, la vitesse dans le système de de Hoffmann-Teller et la vitesse du vent solaire, ainsi que deux méthodes de détermination de la normale par un seul appareil : l'analyse de variance minimale et le produit vectoriel des champs de part et d'autre de la frontière.
Les épaisseurs des deux bords du jet de reconnexion étaient de 30,5 et 29,2 longueurs d'inertie ionique (3140 et 3010 km), et celles des deux couches de courant adjacentes de 33,1 et 16,0 longueurs d'inertie ionique. Les normales des bords du jet diffèrent de 22 degrés avec un intervalle de confiance de 19 à 26 degrés, ce qui indique une géométrie non plane du jet. Pour les bords passifs du jet, les trois estimations de vitesse à un seul appareil concordent avec la mesure directe à 4–15 % près, et l'épaisseur est reconstituée avec une précision de quelques dizaines de pour cent si l'on utilise le produit vectoriel des champs ou si l'on rejette la solution dégénérée de l'analyse de variance minimale. Sur la couche en reconnexion active, la vitesse de la frontière a dépassé la vitesse locale du plasma de 29 ± 10 %, ce qui indique la nécessité d'une vérification directe dans de tels cas.
Ce travail montre que la méthode standard d'estimation de l'épaisseur par un seul appareil fonctionne pour les frontières passives de reconnexion, mais peut donner une erreur notable sur une couche active, où la frontière se déplace plus vite que le plasma. Contrairement aux travaux voisins, qui soit utilisaient de grandes distances entre les satellites, soit ne distinguaient pas les frontières de reconnexion, ici une comparaison directe a été faite pour la première fois à petite échelle avec un contrôle de toutes les sources d'erreur. Cela affine l'interprétation des résultats récents sur l'expansion des couches de courant près de Mars et confirme que les jets de reconnexion sont effectivement plus épais que les couches de courant ordinaires.
La méthode de corrélation croisée peut être appliquée aux données d'archives de Cluster et aux futures missions multi-appareils, comme HelioSwarm, afin d'accumuler des statistiques sur différentes conditions du vent solaire. L'élargissement de l'échantillon permettra de vérifier comment l'épaisseur dépend de l'angle de cisaillement du champ magnétique, du champ guide et de la distance au point de reconnexion. Il est également possible d'étudier l'évolution de l'épaisseur le long du jet et son lien avec la turbulence.
Les résultats sont importants pour la physique du vent solaire, la reconnexion magnétique et la météo spatiale, car ils précisent l'estimation de l'énergie libérée lors de la reconnexion et aident à interpréter les données des appareils uniques, y compris Parker Solar Probe et MAVEN.
Effectuer une recherche automatique d'autres traversées de jets de reconnexion dans les données de MMS et de Cluster avec une configuration appropriée de quatre appareils. Comparer les épaisseurs avec les prédictions des modèles numériques de reconnexion pour différents paramètres du plasma.
Ce travail est directement lié au problème non résolu de la physique des plasmas spatiaux : quelle est l'épaisseur réelle des couches de courant où se produit la reconnexion magnétique, et dans quelle mesure est-elle déterminée par des processus locaux plutôt que par des conditions à grande échelle. C'est une question clé pour comprendre la dissipation d'énergie dans le vent solaire et l'accélération des particules.
Cette section s'adresse à l'auteur du travail et à ses collègues. Les travaux voisins ont été trouvés par une recherche sémantique dans notre archive, et non par correspondance de mots. Nous n'évaluons pas : nous montrons le champ autour.
Ce que fait ce travail
Les auteurs ont pour la première fois comparé la méthode standard à un seul satellite pour estimer l'épaisseur de la couche de courant avec une mesure directe par quatre satellites à quatre traversées dans le vent solaire, y compris deux bords d'un exhaust de reconnexion confirmé. En utilisant la corrélation croisée des signaux avec une distance entre les satellites de 16 km, ils ont obtenu des épaisseurs de 29 à 31 longueurs d'inertie ionique et ont découvert que les bords de l'exhaust ne sont pas parallèles mais divergent de 22 degrés. Les estimations de la vitesse de la frontière par un seul satellite concordent avec les mesures directes à 4–15 % près, mais la détermination de la normale par un seul satellite reste la principale source d'erreurs.
Où est sa force
Ce travail fournit le premier étalonnage direct de la méthode standard sur une reconnexion active et montre que pour les frontières passives, elle fonctionne, tandis que sur une couche active, la vitesse de la frontière peut dépasser la vitesse locale du plasma de 29 %, ce qui est important pour l'interprétation des mesures.
Vers où avancer
À essayer
Pourquoi cela peut compter
La mesure précise de l'épaisseur de la couche de reconnexion est cruciale pour estimer le taux de conversion de l'énergie magnétique en chaleur et en énergie cinétique du plasma, ce qui influence la compréhension du chauffage du vent solaire et de la météo spatiale.
Travaux voisins dans notre archive
L'archive est vide autour de ce travail : l'analyse la plus proche n'est qu'à 0.53, contre 0,64 d'ordinaire. Il semble qu'on ait peu foré à côté.
La distance entre les satellites MMS n'était que de 16 km, soit moins que la longueur d'une petite ville, mais la précision de mesure des délais de signal atteignait la milliseconde, c'est-à-dire que les appareils « entendaient » la frontière avec une précision de fractions de seconde.