Origin of primordial magnetic fields

Magnetic fields of intensities similar to those in our galaxy are also observed in high redshift galaxies, where a mean field dynamo would not have had time to produce them. Therefore, a primordial origin is indicated. It has been suggested that magnetic fields were created at various primordial eras: during inflation, the electroweak phase transition, the quark-hadron phase transition (QHPT), during the formation of the first objects, and during reionization. We suggest here that the large-scale fields similar to mu G, observed in galaxies at both high and low redshifts by Faraday rotation measurements (FRMs), have their origin in the electromagnetic fluctuations that naturally occurred in the dense hot plasma that existed just after the QHPT. We evolve the predicted fields to the present time. The size of the region containing a coherent magnetic field increased due to the fusion of smaller regions. Magnetic fields (MFs) similar to 10 mu G over a comoving similar to 1 pc region are predicted at redshift z similar to 10. These fields are orders of magnitude greater than those predicted in previous scenarios for creating primordial magnetic fields. Line-of-sight average MFs similar to 10(-2) mu G, valid for FRMs, are obtained over a 1 Mpc comoving region at the redshift z similar to 10. In the collapse to a galaxy (comoving size similar to 30 kpc) at z similar to 10, the fields are amplified to similar to 10 mu G. This indicates that the MFs created immediately after the QHPT (10(-4) s), predicted by the fluctuation-dissipation theorem, could be the origin of the similar to mu G fields observed by FRMs in galaxies at both high and low redshifts. Our predicted MFs are shown to be consistent with present observations. We discuss the possibility that the predicted MFs could cause non-negligible deflections of ultrahigh energy cosmic rays and help create the observed isotropic distribution of their incoming directions. We also discuss the importance of the volume average magnetic field predicted by our model in producing the first stars and in reionizing the Universe.

An integrated model for simulation of construction phasing of arch concrete dams

Dissertação de mestrado integrado em Civil Engineering

Implementação de metodologias BIM na Direção de Engenharia de Barragens da EDP: casos de estudo de projeto de estruturas em obras hidroelétricas

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Civil

К вопросу «динамо»-эффекта в застойной зоне перед магнитосферой

მაგნიტური ველის გაძლიერებას („დინამო“- ეფექტი) გარდამავალი არის ფოკალურ ნაწილში, რომელიც გაიგივებულია ჩაპლიგინის მდგარ ზონასთან, ხელს უწყობს მზის ქარის მაგნიტური სიბლანტე.

Hinnasto Gottfried Hagen'in Kaw auto-akkumulaatoreille

kuv., 22 x 29 cm

Les oscillations torsionnelles dans la zone de convection solaire

Nous analysons les oscillations torsionnelles se développant dans une simulation magnétohydrodynamique de la zone de convection solaire produisant des champs magnétiques de type solaire (champs axisymétriques subissant des inversions de polarités régulières sur des échelles temporelles décadaires). Puisque ces oscillations sont également similaires à celles observées dans le Soleil, nous analysons les dynamiques zonales aux grandes échelles. Nous séparons donc les termes aux grandes échelles (force de Coriolis exercée sur la circulation méridienne et les champs magnétiques aux grandes échelles) de ceux aux petites échelles (les stress de Reynolds et de Maxwell). En comparant les flux de moments cinétiques entre chacune des composantes, nous nous apercevons que les oscillations torsionnelles sont maintenues par l’écoulement méridien aux grandes échelles, lui même modulé par les champs magnétiques. Une analyse d’échange d’énergie confirme ce résultat, puisqu’elle montre que seul le terme comprenant la force de Coriolis injecte de l’énergie dans l’écoulement. Une analyse de la dynamique rotationnelle ayant lieu à la limite de la zone stable et de la zone de convection démontre que celle-ci est fortement modifiée lors du passage de la base des couches convectives à la base de la fine tachocline s’y formant juste en-dessous. Nous concluons par une discussion au niveau du mécanisme de saturation en amplitude dans la dynamo s’opérant dans la simulation ainsi que de la possibilité d’utiliser les oscillations torsionnelles comme précurseurs aux cycles solaires à venir.

Modélisation de l'évolution du réseau magnétique au cours du cycle solaire

Le réseau magnétique consiste en un ensemble de petites concentrations de flux magnétique sur la photosphère solaire. Vu sa petite échelle de taille et de flux, à la limite de détection, son comportement n'est connu que depuis récemment. Les interactions du réseau sont pourtant cruciales afin de comprendre la dynamo et l'irradiance solaires, car beaucoup de caractérisques du réseau dépendent de ces interactions. De plus, le réseau est la principale contribution magnétique surfacique à l'irradiance solaire. Les modèles existants du réseau ne tenaient jusqu'à maintenant pas compte des interactions du réseau. Nous avons tenté de combler cette lacune avec notre modèle. Nos simulations impliquent une marche aléatoire en 2D de tubes de flux magnétiques sur la photosphère solaire. Les tubes de flux sont injectés puis soumis à des règles de déplacement et d'interaction. L'injection se fait à deux échelles, respectivement la plus petite et la plus grande observables: les tubes de flux élémentaires et les taches solaires. Des processus de surface imitant ceux observés sont inclus, et consistent en l'émergence, la coalescence, l'annulation et la submergence de flux. La fragmentation des concentrations n'est présente que pour les taches, sous forme de désintégration libérant des tubes de flux. Le modèle est appliqué au cycle solaire 21 (1976-1986, le mieux documenté en termes de caractéristiques de taches solaires. Il en résulte des réponses à deux questions importantes en physique solaire. La première est: l'injection de flux magnétique à deux échelles très distinctes peut-elle conduire à une distribution de flux en loi de puissance comme on l'observe, si l'on inclut des processus de surface qui retraitent le flux? Cette question est étroitement liée à l'origine de la dynamo solaire, qui pourrait produire ladite distribution. Nous trouvons qu'on peut effectivement produire une telle distribution avec ce type d'injection et ce type de processus de surface. Cela implique que la distribution de flux observée ne peut servir à déterminer quel type de dynamo opère dans le Soleil. La deuxième question à laquelle nous avons apporté un élément de réponse est celle à savoir combien de temps il faut au réseau pour retrouver son état d'activité de base. Cet état a été observé lors du minimum de Maunder en 1645-1715 et touche de près la question de l'influence de l'activité solaire sur le climat terrestre. Le récent minimum d'activité est considéré par certains comme ayant atteint cet état. Nous trouvons plutôt que ça n'a pas été le cas. En effet, le temps de relaxation du réseau que nous avons calculé est supérieur au temps écoulé entre la fin du dernier cycle solaire d'activité et celui de l'amorce du présent cycle.

Recherche et caractérisation des étoiles jeunes de faible masse dans le voisinage solaire

L'outil développé dans le cadre de cette thèse est disponible à l'adresse suivante: www.astro.umontreal.ca/~malo/banyan.php

Les instabilités magnétohydrodynamiques dans EULAG-MHD.

Les mécanismes qui entretiennent le cycle magnétique solaire sont encore aujourd’hui relativement mal compris. Entre autres, certains travaux suggèrent la présence d’insta- bilités magnétohydrodynamiques qui pourraient avoir une influence significative sur la période du cycle par leur capacité à accélérer la destruction des structures magnétiques à grandes échelles. Nous analysons la présence des instabilités au sein des simulations effectuées à l’aide du modèle EULAG-MHD en utilisant premièrement une méthodologie basée sur un proxy spécifique associé à l’instabilité et en le comparant à un proxy similaire, mais pour le cycle magnétique solaire observé dans notre modèle. Cette méthodologie fait ressortir une évolution temporellement cyclique du proxy de l’instabilité avec des amplitudes similaires au proxy du cycle magnétique, mais présentant un léger déphasage. Nous poursuivons cette analyse en appliquant une méthode se basant sur le découpage de “zones instables” via le critère de Tayler dans la zone stable de notre modèle. L’application expose une migration équatoriale d’une zone instable qui débute à très hautes latitudes aux pôles, passe par le champ toroïdal classique, accélère et atteint l’équateur. Cette zone instable semble accélérer la destruction du champ magnétique présent, laissant place au nouveau champ pour la prochaine demie-période du cycle. La combinaison de ces deux analyses permet d’énoncer un scénario plausible qui inclut les effets d’une telle instabilité sur le cycle magnétique ainsi que sur la stabilité globale de notre simulation. Dans ce scénario, il est important de noter que les inversions de polarités semblent indépendantes de cette instabilité, qui ne ferait qu’accélérer le processus de destruction du champ déjà en place.

Simulations magnétohydrodynamiques en régime idéal

Cette thèse s’intéresse à la modélisation magnétohydrodynamique des écoulements de fluides conducteurs d’électricité multi-échelles en mettant l’emphase sur deux applications particulières de la physique solaire: la modélisation des mécanismes des variations de l’irradiance via la simulation de la dynamo globale et la reconnexion magnétique. Les variations de l’irradiance sur les périodes des jours, des mois et du cycle solaire de 11 ans sont très bien expliquées par le passage des régions actives à la surface du Soleil. Cependant, l’origine ultime des variations se déroulant sur les périodes décadales et multi-décadales demeure un sujet controversé. En particulier, une certaine école de pensée affirme qu’une partie de ces variations à long-terme doit provenir d’une modulation de la structure thermodynamique globale de l’étoile, et que les seuls effets de surface sont incapables d’expliquer la totalité des fluctuations. Nous présentons une simulation globale de la convection solaire produisant un cycle magnétique similaire en plusieurs aspects à celui du Soleil, dans laquelle le flux thermique convectif varie en phase avec l’ ́energie magnétique. La corrélation positive entre le flux convectif et l’énergie magnétique supporte donc l’idée qu’une modulation de la structure thermodynamique puisse contribuer aux variations à long-terme de l’irradiance. Nous analysons cette simulation dans le but d’identifier le mécanisme physique responsable de la corrélation en question et pour prédire de potentiels effets observationnels résultant de la modulation structurelle. La reconnexion magnétique est au coeur du mécanisme de plusieurs phénomènes de la physique solaire dont les éruptions et les éjections de masse, et pourrait expliquer les températures extrêmes caractérisant la couronne. Une correction aux trajectoires du schéma semi-Lagrangien classique est présentée, qui est basée sur la solution à une équation aux dérivées partielles nonlinéaire du second ordre: l’équation de Monge-Ampère. Celle-ci prévient l’intersection des trajectoires et assure la stabilité numérique des simulations de reconnexion magnétique pour un cas de magnéto-fluide relaxant vers un état d’équilibre.

Previsiones de empleo.

La simulación de las distintas políticas alternativas de la oferta de profesionales, de las cuales se obtendrán las necesidades de empleo y por lo tanto serán previsiones de empleo potencial para los años 1985 y 1990, horizonte de trabajo, es el objetivo fundamental de esta investigación. Se parte del contingente y la distribución de los alumnos en todo el Sistema Educativo en el curso 1977-1978. A partir de ahí se extrapola hasta el curso 2007-2008. Descripción verbal del sistema. Construcción del diagrama causa. Construcción del diagrama de Dynamo. Establecimiento de ecuaciones, con lo cual se determina la estructura del modelo. TSP es un lenguaje de programación especialmente pensado para el análisis estadístico de series temporales. Sirve para la resolución de modelos econométricos. Dynamo: lenguaje de simulación. Modelo econométrico. Dinámica de sistemas. El Sistema Educativo debe llevar a una menor formación de personal universitario, desarrollando y potenciando los niveles medios de enseñanza, así como la Formación Profesional y la implantación del tercer nivel de esta disciplina, además debería haber un control sobre la calidad de la enseñanza impartida en cada nivel así como un control de la calidad docente del profesorado.

An overview of Earth's global electric circuit and atmospheric conductivity

The Earth’s global atmospheric electric circuit depends on the upper and lower atmospheric boundaries formed by the ionosphere and the planetary surface. Thunderstorms and electrified rain clouds drive a DC current (∼1 kA) around the circuit, with the current carried by molecular cluster ions; lightning phenomena drive the AC global circuit. The Earth’s near-surface conductivity ranges from 10−7 S m−1 (for poorly conducting rocks) to 10−2 S m−1 (for clay or wet limestone), with a mean value of 3.2 S m−1 for the ocean. Air conductivity inside a thundercloud, and in fair weather regions, depends on location (especially geomagnetic latitude), aerosol pollution and height, and varies from ∼10−14 S m−1 just above the surface to 10−7 S m−1 in the ionosphere at ∼80 km altitude. Ionospheric conductivity is a tensor quantity due to the geomagnetic field, and is determined by parameters such as electron density and electron–neutral particle collision frequency. In the current source regions, point discharge (coronal) currents play an important role below electrified clouds; the solar wind-magnetosphere dynamo and the unipolar dynamo due to the terrestrial rotating dipole moment also apply atmospheric potential differences. Detailed measurements made near the Earth’s surface show that Ohm’s law relates the vertical electric field and current density to air conductivity. Stratospheric balloon measurements launched from Antarctica confirm that the downward current density is ∼1 pA m−2 under fair weather conditions. Fortuitously, a Solar Energetic Particle (SEP) event arrived at Earth during one such balloon flight, changing the observed atmospheric conductivity and electric fields markedly. Recent modelling considers lightning discharge effects on the ionosphere’s electric potential (∼+250 kV with respect to the Earth’s surface) and hence on the fair weather potential gradient (typically ∼130 V m−1 close to the Earth’s surface. We conclude that cloud-to-ground (CG) lightning discharges make only a small contribution to the ionospheric potential, and that sprites (namely, upward lightning above energetic thunderstorms) only affect the global circuit in a miniscule way. We also investigate the effects of mesoscale convective systems on the global circuit.

An overview of Earth’s global electric circuit and atmospheric conductivity

The Earth’s global atmospheric electric circuit depends on the upper and lower atmospheric boundaries formed by the ionosphere and the planetary surface. Thunderstorms and electrified rain clouds drive a DC current (∼1 kA) around the circuit, with the current carried by molecular cluster ions; lightning phenomena drive the AC global circuit. The Earth’s near-surface conductivity ranges from 10−7 S m−1 (for poorly conducting rocks) to 10−2 S m−1 (for clay or wet limestone), with a mean value of 3.2 S m−1 for the ocean. Air conductivity inside a thundercloud, and in fair weather regions, depends on location (especially geomagnetic latitude), aerosol pollution and height, and varies from ∼10−14 S m−1 just above the surface to 10−7 S m−1 in the ionosphere at ∼80 km altitude. Ionospheric conductivity is a tensor quantity due to the geomagnetic field, and is determined by parameters such as electron density and electron–neutral particle collision frequency. In the current source regions, point discharge (coronal) currents play an important role below electrified clouds; the solar wind-magnetosphere dynamo and the unipolar dynamo due to the terrestrial rotating dipole moment also apply atmospheric potential differences. Detailed measurements made near the Earth’s surface show that Ohm’s law relates the vertical electric field and current density to air conductivity. Stratospheric balloon measurements launched from Antarctica confirm that the downward current density is ∼1 pA m−2 under fair weather conditions. Fortuitously, a Solar Energetic Particle (SEP) event arrived at Earth during one such balloon flight, changing the observed atmospheric conductivity and electric fields markedly. Recent modelling considers lightning discharge effects on the ionosphere’s electric potential (∼+250 kV with respect to the Earth’s surface) and hence on the fair weather potential gradient (typically ∼130 V m−1 close to the Earth’s surface. We conclude that cloud-to-ground (CG) lightning discharges make only a small contribution to the ionospheric potential, and that sprites (namely, upward lightning above energetic thunderstorms) only affect the global circuit in a miniscule way. We also investigate the effects of mesoscale convective systems on the global circuit.

Predicting space climate change

The recent decline in the open magnetic flux of the Sun heralds the end of the Grand Solar Maximum (GSM) that has persisted throughout the space age, during which the largest‐fluence Solar Energetic Particle (SEP) events have been rare and Galactic Cosmic Ray (GCR) fluxes have been relatively low. In the absence of a predictive model of the solar dynamo, we here make analogue forecasts by studying past variations of solar activity in order to evaluate how long‐term change in space climate may influence the hazardous energetic particle environment of the Earth in the future. We predict the probable future variations in GCR flux, near‐Earth interplanetary magnetic field (IMF), sunspot number, and the probability of large SEP events, all deduced from cosmogenic isotope abundance changes following 24 GSMs in a 9300‐year record.

Implications of the recent low solar minimum for the solar wind during the Maunder minimum

The behavior of the Sun and near-Earth space during grand solar minima is not understood; however, the recent long and low minimum of the decadal-scale solar cycle gives some important clues, with implications for understanding the solar dynamo and predicting space weather conditions. The speed of the near-Earth solar wind and the strength of the interplanetary magnetic field (IMF) embedded within it can be reliably reconstructed for before the advent of spacecraft monitoring using observations of geomagnetic activity that extend back to the mid-19th century. We show that during the solar cycle minima around 1879 and 1901 the average solar wind speed was exceptionally low, implying the Earth remained within the streamer belt of slow solar wind flow for extended periods. This is consistent with a broader streamer belt, which was also a feature of the recent low minimum (2009), and yields a prediction that the low near-Earth IMF during the Maunder minimum (1640-1700), as derived from models and deduced from cosmogenic isotopes, was accompanied by a persistent and relatively constant solar wind of speed roughly half the average for the modern era.