Why, how, and where do magnetic fields discharge?

Magnetiske felt har den merkelige evnen til å lagre energi og er et av naturens energireservoarer. De finnes i alle skalaer i universet, fra galaksehoper og interstellare medier, til solkoronaen, planetariske magnetosfærer og menneskeskapte plasmaer som fusjonsenheter. Noen ganger, gjennom en grunnleggende plasmaprosess kalt magnetisk gjenkobling, frigjøres energien som er lagret i magnetfeltet eksplosivt. Den frigjorte energien overføres til plasmapartikler og spiller en rolle i å forme plasmamiljøer i hele universet vårt. Solutbrudd, formen og dynamikken til planetariske magnetosfærer, og noen store forstyrrelser i astrofysiske systemer er alle aktivert, påvirket eller kontrollert av denne prosessen. Det letter inntreden av solvindplasma i jordens magnetosfære som følgelig fører til magnetosfæriske stormer, substormer, nordlys og skadelige rommiljøeffekter kjent som romvær. Hvordan magnetisk omkobling påvirker rømmiljøet vårt bestemmes av når og hvor den starter, hvor raskt den fungerer og når den stopper. Dette prosjektet fokuserer på hvor og når magnetisk gjentilkobling starter. Hvor og under hvilke omstendigheter begynner den magnetiske eksplosjonen, og hva tenner den? Det lille vi vet i dag om hvordan reconnection starter er hovedsakelig et resultat av teoretiske og numeriske modeller. Tenningsfasen skjer bare i svært begrenset tid i et mikroskopisk område på bare noen få kilometer i størrelse, noe som gjør observasjoner av romfartøyer på stedet utfordrende. Magnetospheric MultiScale-oppdraget, lansert i 2015, har imidlertid vist seg å ha de riktige egenskapene til å gi de nødvendige målingene. Ved å bruke data fra hele varigheten av oppdraget, sammen med numeriske simuleringer, vil vi jobbe for å låse opp noen av de gjenværende hemmelighetene til denne grunnleggende prosessen.

Magnetic fields are one of nature’s energy reservoirs, which are constantly recharged and unloaded. They exist at all scales in the universe, from galaxy clusters and interstellar mediums, to the solar corona, planetary magnetospheres, and man-made plasmas such as fusion devices. Magnetic reconnection is a fundamental energy conversion process that transfers energy from the magnetic field to plasmas, often in an explosive way, which can operate across all these domains. It is responsible for some of the largest explosions in astrophysical plasmas and consequently plays an integral role in everything from the formation of our universe to its past and current evolution. The impact of reconnection is determined by when it starts, how fast it operates, and when it stops. Past and current research is primarily focused on understanding how reconnection operates. Understanding how it starts is of fundamental importance to explain the overall evolution of plasmas, and is currently a crucial outstanding challenge in reconnection research. Recent spacecraft observations have revealed that reconnection occurs in only a fraction of current sheets detected in the Earth’s magnetosphere and in the solar wind. The goal of this proposal is to answer the fundamental question: what makes magnetic reconnection start? Advances in spacecraft instrumentation together with computational methods and capabilities represent a perfect opportunity to solve this fundamental problem. I will apply my unique combination of expertise in theoretical plasma physics, kinetic and fluid modeling, and spacecraft observations to produce groundbreaking high-impact discoveries in reconnection and plasma physics.