SHINE: Origin and Evolution of Compressible Fluctuations in the Solar Wind and Their Role in Solar Wind Heating and Acceleration

SHINE:太阳风可压缩脉动的起源和演化及其在太阳风加热和加速中的作用

基本信息

  • 批准号:
    2400967
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 46.85万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2024
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2024-05-01 至 2027-04-30
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Understanding what leads to coronal heating, solar wind acceleration, and turbulence transport, is key to improve the predictive capabilities of space weather models and, thus, to help preventing catastrophic solar events that can harm astronauts and/or our technological infrastructure. This project will test novel, physics-informed machine learning techniques and, thus, it will provide valuable proof-of-concept methods for the broader plasma physics community (from space physics to astrophysics, to fusion to laser-plasma interactions) and for scientists investigating complex systems. This project will also have significant impact in education, by supporting an early career woman faculty member, postdoctoral researcher, and by providing an opportunity for undergraduate students to be involved in heliophysics research. Interactions between Alfvén and compressible modes can provide an important mechanism to heat the plasma and to enhance the turbulent cascade. However, how these two effects impact the macroscopic properties of the plasma is not yet well understood and, indeed, they are neglected in state-of-the-art global solar wind models. The proposed project will close such a knowledge gap by investigating the role of compressibility, including wave-particle interactions mediated by compressible fluctuations, on solar wind dynamics and thermal properties. By investigating compressible and kinetic effects in the solar wind, and by developing a novel wave-driven solar wind model, this project will provide insights on the role of waves and turbulence in wave-driven wind models. The science objectives of this project are: (1) to characterize the evolution of compressible fluctuations with radial distance and in different types of turbulent solar wind; (2) to determine what phase-space dynamics leads to proton heating and to quantify the heating rate in different types of turbulence (balanced vs. imbalanced); (3) to incorporate kinetic compressible effects into a global wave-driven solar wind model. To achieve our science objectives, we will (1) analyze the radial evolution of fluctuations from Parker Solar Probe, Helios, and Wind data, (2) perform hybrid-PIC numerical simulations and (3) develop a novel global solar wind model based on knowledge-based machine learning methods.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
了解导致冠状,太阳能加速和湍流传输的原因,是提高太空天气模型的预测能力的关键,从而有助于防止灾难性的太阳能事件,这些太阳能事件可能损害宇航员和/或我们的技术基础设施。该项目将测试新颖的,物理知识的机器学习技术,因此,它将为更广泛的等离子体物理社区(从空间物理学到天体物理学,再到激光 - 帕斯玛相互作用),为研究复杂系统的科学家提供有价值的概念验证方法。该项目还将通过支持早期职业女教师,博士后研究员,并为本科生提供参与热物理学研究的机会,从而对教育产生重大影响。 Alfvén与可压缩模式之间的相互作用可以提供加热等离子体并增强湍流级联反应的重要机制。但是,这两种影响如何影响等离子体的宏观特性尚未得到充分的理解,实际上,它们在最先进的全球太阳风模型中被忽略了。拟议的项目将通过研究可压缩性的作用,包括可压缩波动介导的太阳风力动力学和热性能介导的波粒相互作用来缩小这种知识差距。通过研究太阳风中的兼容和动力学效应,并通过开发新型波浪驱动的太阳风模型,该项目将提供有关波和湍流在波驱动风模型中的作用的见解。该项目的科学目标是:(1)表征具有径向距离和不同类型的湍流太阳风的可压缩波动的演变; (2)确定哪种相位动力学会导致质子加热并量化不同类型的湍流中的加热速率(平衡与失衡); (3)将动力学可压缩效应纳入全局波驱动的太阳风模型。为了实现我们的科学目标,我们将(1)分析Parker Solar Proipe,Helios和Wind Data的波动的径向演变,(2)执行混合PIC数值模拟,(3)开发一种基于知识基于知识的机器学习方法的全球太阳能模型,这反映了NSF的法定任务和范围的范围,这表明了对基础的支持,这表明了对基础的良好的影响。

项目成果

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专著数量(0)
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