Los hallazgos publicados recientemente por un científico espacial del Southwest Research Institute (SwRI) arrojan nueva luz sobre la predicción de la termodinámica de las erupciones solares y otros eventos de "clima espacial" que involucran calor, Plasmas de movimiento rápido.

La ciencia de la mecánica estadística es uno de los pilares para comprender el comportamiento termodinámico de los fenómenos con un gran número de partículas, como los gases. Los métodos estadísticos clásicos han resistido la prueba del tiempo para describir los sistemas terrestres, como la mezcla relativamente densa de gases que componen nuestro aire, explica el Dr. George Livadiotis, un científico investigador senior en la División de Ingeniería y Ciencias Espaciales de SwRI.

En equilibrio térmico, donde la energía térmica se transfiere por igual entre las partículas de gas, su distribución cae en una proporción predecible:muchas partículas de baja velocidad a solo unas pocas partículas rápidas. Las partículas se mueven caóticamente, chocando entre sí con frecuencia. Una ecuación estadística, conocida como distribución Maxwell-Boltzmann o Maxwelliana, caracteriza con precisión cómo esta mezcla de partículas de diferentes velocidades se distribuirá en la Tierra.

Sin embargo, Livadiotis dice:las cosas son diferentes en el espacio, que en realidad no está vacío sino lleno de plasma, el llamado cuarto estado de la materia. El plasma consta de partículas cargadas eléctricamente; no es gas, líquido ni sólido, aunque a menudo se comporta como un gas.

El plasma espacial como el viento solar que fluye hacia afuera desde el Sol tiene una proporción más alta de partículas que se mueven rápidamente. A diferencia de los gases en la Tierra, están "correlacionados, "principalmente moviéndose en la misma dirección, por lo que experimentan menos colisiones entre sí. Para este conjunto de circunstancias, el modelo de distribución maxwelliano ya no funciona bien. Livadiotis ha confirmado que una ecuación estadística separada, llamado "Kappa, "es más aplicable a los fenómenos espaciales.

Kappa es la ecuación matemática que describe la distribución de las velocidades de las partículas en equilibrio térmico cuando existen correlaciones entre las velocidades de las partículas, como es típico en los sistemas de partículas espaciales sin colisiones.

"La ecuación de Kappa calcula la distribución de las velocidades de las partículas en equilibrio térmico cuando las corrientes de partículas que se mueven rápidamente se mueven en masa, ", dijo." Esa es la situación típica de los sistemas de partículas como los plasmas espaciales ".

Kappa no solo predice mejor la distribución de partículas de plasma espacial, pero también caracteriza su comportamiento termodinámico mejor que el modelo maxwelliano, Dice Livadiotis. Esto se relaciona con lo que sucede cuando el plasma de viento solar extremadamente caliente choca contra la capa protectora de la Tierra de partículas cargadas magnéticamente. conocida como la magnetosfera.

"Las distribuciones de Kappa permitieron a los científicos realizar las primeras mediciones de temperatura de la heliosfera exterior, "Livadiotis dice". Con Kappa, podemos mejorar drásticamente nuestra comprensión de la naturaleza y las propiedades de la materia espacial, si es el viento solar, llamaradas y eyecciones de masa coronal, o fenómenos raros y más extremos como los rayos cósmicos ".

Su papel "Origen termodinámico de las distribuciones Kappa, "se publica en el 18 de junio, 2018, edición de EPL , un diario de cartas que explora las fronteras de la física.