Turbulencia a tejeskávéban és Föld körüli térségünkben - II. rész
(Rovat: Hazai kutatóhelyek és űripar - 2005.05.11 09:54.)

A magnetohidrodinamikai jelenségek Földünk mágneses környezetének fontos elemei. Kétrészes cikkünk második felében a témához kapcsolódó hazai kutatásokat mutatjuk be.

Több kutatási eredmény igazolja, hogy a turbulencia kialakulásának feltételei (alacsony viszkozitás, viszonylag magas áramlási sebesség) bizonyos körülmények között a földi mágneses teret magába foglaló, és változatos plazmafizikai paraméterekkel rendelkező térrész, a magnetoszféra egyes régióiban is kifejlődhetnek. A napszélhez képest azonban számos korlátozó tényező is megjelenik, amelyek közül talán a korlátos kiterjedés, valamint a plazma és a mágneses tér jelentős inhomogenitásai a legjelentősebbek. Mindemellett a vizsgálatokat a napszélhez képest megnehezíti az a tény, hogy az űrszondák keringése folytán adott régióból származó felvételek csak korlátozott időszakra állhatnak rendelkezésre. Ismert azonban, hogy a magnetoszférában lejátszódó fizikai folyamatok az elektromos és mágneses terek lokális változásaival, illetve elektromos áramok kialakulásával járnak együtt, amelyek együttes hatása – ha nem is eredeti formában – de a Föld felszínén is tapasztalhatóak.

A Föld mágneses terét magában foglaló magnetoszféra, amelyet a Napból kiáramló töltött részecskék együttese, a napszél vesz körül. A magnetoszférában a plazmafizikai paraméterek változékonysága miatt különböző régiók jelölhetőek ki.

Az OTKA (Országos Tudományos Kutatási Alap), illetve a MŰI (Magyar Űrkutatási Iroda) támogatásával az Eötvös Loránd Geofizikai Intézetben (ELGI) olyan kutatásokat folytatunk, amelyekkel a földi geomágneses obszervatóriumok észlelései alapján a magnetoszféra fizikai folyamatainak modellezését kíséreljük meg. A vizsgálatok módszerei között nagy hangsúllyal szerepelnek azok, amelyeket az MHD turbulencia kutatásában is kiterjedten alkalmaznak. Az eredmények több obszervatórium geomágneses szempontból aktív és nyugodt időszakokból származó észlelései között lényeges különbségeket jeleznek a fizikai folyamatok turbulens jellege szempontjából. Ezen túlmenően lényeges különbségek mutatkoztak a vizsgált geomágneses észlelések, azaz az obszervatórium helyének geomágneses szélessége függvényében is. Utóbbiak jól értelmezhetőek azáltal, ha figyelembe vesszük, hogy az egyes obszervatóriumokból induló geomágneses erővonalak a magnetoszféra más és más régióin haladnak keresztül, és így eltérő plazmafizikai paraméterekkel rendelkező területekről hozhatnak információt. A felszíni észlelések alapján nyert eredményeket összevetettük a napszélben, a WIND illetve ACE űrszondák által mért adatsorok alapján nyert eredményekkel is. Az derült ki, hogy geomágneses szempontból aktív időszakokban, tehát, amikor a magnetoszféra a napszéllel közvetlen kölcsönhatásba léphet, a kapcsolat a két különböző rendszerből származó idősorok turbulens jellegében is megmutatkozik. Geomágneses szempontból nyugodt időszakokban ilyen kapcsolat nem jelentkezik. A továbbiakban azt tervezzük, hogy vizsgálatainkba a többnyire a magnetoszférában üzemelő Cluster műhold–család észleléseit is bevonjuk. A Cluster műhold csoport ugyanis négy, közeli pályán mozgó műholdból áll, amelyek párhuzamos, egy adott régióra vonatkozóan időben és térben viszonylag kiterjedt észlelései különleges lehetőséget jelentenek a magnetoszférában lejátszódó plazmafizikai folyamatok feltérképezéséhez, és így többek között a turbulenciával összefüggő koherens, örvénylő struktúrák felismeréséhez is. A Cluster és a földi észlelések együttes vizsgálata lehetőséget teremt továbbá arra is, hogy a magnetoszféra in–situ fizikai folyamatait és azok földi leképeződéseit együtt tanulmányozhassuk.

Cikkünkben a klasszikus fizikának egy olyan területét mutattuk be a folyadékok, gázok, illetve mágnesezett plazma turbulens áramlása által, ahol annak ellenére, hogy a folyamatok az egyenleteken keresztül látszólag jól ismeretek, a folyamatokat hosszú távra – akárcsak numerikusan is – előrejelezni nem tudjuk. Természetes tehát, hogy ilyen körülmények között az elméleti eredmények laboratóriumi igazolásának lehetősége fokozottan felértékelődik. Kiemeltük, hogy a laboratóriumok között kitüntetett szerepe van a napszélnek, ahol az MHD turbulencia különböző külső feltételek mellett, természetes körülmények között kutatható. A turbulencia magnetoszférában való felismerésével és kutatásával az a célunk, hogy a magnetoszféra és a napszél kapcsolatát a turbulencián keresztül is kimutassuk illetve, hogy a magnetoszféra különböző területeinek eltérő fizikai folyamatait feltérképezzük és ezáltal földkörüli térségünket alaposabban megismerjük. Mindez – hasonlóan egyéb földkörüli térségünket érintő kutatáshoz – mai, távközlésre épülő korunkban, azaz a mobiltelefonok, űrszondák, elektromos hálózatok világában különös jelentőséggel bír eszközeink külső hatásra történő meghibásodásának közvetett védelme érdekében.

Kovács Péter
Eötvös Loránd Geofizikai Intézet