原创 新的计算机模拟，显示出太阳磁场真实的一面
作者:综合 来源:探索 浏览: 【大 中 小】 发布时间:2024-11-07 21:49:49 评论数:
原标题 ：新的原创计算机模拟，显示出太阳磁场真实的计算机模一面 其实，我们并没有切身的拟显感受过恒星原始的
、狂暴的示出 、自然的太阳力量 。在简单的磁场观测中
，我们的真实太阳可能看起来是温和的 ，但随着现代先进的原创科学仪器的使用，我们现在知道的计算机模情况却有所不同 。在我们眼睛所能看到的拟显狭窄光带之外的观测中 ，太阳看起来像一个被激怒的示出球体 ，偶尔会向太空中喷射出巨大的太阳等离子体 ，其中一些会撞向地球。磁场 上图 ：类太阳条件下磁结构的真实计算机模拟
。 等离子体喷流撞击地球可不是原创什么值得庆祝的事情，它会引起各种各样的问题 。 一些科学家致力于研究太阳 ，部分原因是它带来的危险 。如果能知道太阳什么时候会发脾气，我们是否会在它的路径上 ，那就太好了 。人类现在有多个航天器专门研究太阳的细节
。太阳动力学观测台（SDO）、太阳和日光层观测台（SOHO）和帕克太阳探测器都从事太阳观测
。 上图 ：太阳动力学天文台（左）
、太阳和日球层天文台（中）和帕克太阳探测器（右）
。 尽管科学家们仍在研究细节，但太阳强大的磁场在太阳爆发中发挥了巨大作用
。发表在《自然天文学》上的一项新研究正在帮助科学家更详细地了解磁场。它的标题是“小规模发电机接近太阳磁普朗特数的数字证据” ，第一作者是马克斯·普朗克太阳系研究所（MPS）的高级博士后研究员约恩·沃内克（Jörn Warnecke） 。 “太阳发电机（solar dynamo）”是太阳磁场的来源
。太阳发电机有两部分 ：小规模发电机（SSD）和大规模发电机（LSD）。但是 ，太阳研究人员还无法建立它们的模型
，至少还没有完整的细节
。而且，他们无法确认小规模发电机是否可以在太阳的条件下产生
，而事实上
，小规模发电机在整个宇宙的天体中无处不在 。这显然是一个大问题 ，因为一个小规模发电机会对太阳的行为产生巨大的影响 。 “一个强大的 SSD 可能会对太阳的动力学过程产生巨大的影响，”作者在论文中写道。因此 ，弄清 SSD 是否可以存在于太阳上非常重要。 小规模发电机（small-scale dynamo）是什么 ？ 根据这项研究 ，小规模发电机（SSD）放大磁场的尺度小于各种天体物理介质中湍流的驱动尺度 。你可能很快就会掉进兔子洞 ，试图详细理解这一点 。但简单来说
，SSD需要比大规模发电机更强的湍流 。 这一切都归结为所谓的普朗特数（PrN）
，以及太阳的普朗特数告诉我们它的性质 。太阳的 PrN 告诉我们它的磁场变化有多快
，它的速度有多快
。太阳的 PrN 很低
，很长一段时间以来
，研究太阳的科学家们认为 ，低 PrN 阻碍了 SSD 的发展
。 但这项研究的结果却恰恰相反
。它基于芬兰和德国的千万亿级超级计算机上的大规模计算机模拟 。 上图 ：该研究中的此图是流速和SSD解决方案的可视化。流速在左边
，磁场强度在右边。这次模拟运行的特点是普朗特数非常低 。作者解释道：“正如低PrM湍流所预期的那样，流动表现出比磁场更精细的分形结构 。”
。 阿尔托大学计算机科学系的天体信息学小组组长兼副教授玛利特·科皮-拉格（Maarit Korpi-Lagg）说：“使用目前可用的最大规模的计算模拟之一
，我们实现了迄今为止最逼真的发电机建模设置 。我们不仅证明了小规模发电机（SSD）的存在 ，而且随着我们的模型更接近太阳 ，它变得更可行 。” 普朗特数的低值意味着，太阳的等离子体速度和磁场变化很快就会平衡。它们平衡得越快
，形成SSD的可能性就越小 。通过发现事实并非如此 ，太阳上的条件可以产生SSD ，科学家们对太阳 、它的磁场和等离子体喷射的理解只会加深
。这对我们这些生活在太阳抛射路径上的人来说是件好事 。 上图 ：2011年6月7日，太阳动力学天文台观测到的日冕物质抛射 。日冕物质抛射从太阳的日冕喷出等离子体 。 MPS的高级博士后研究员约恩·沃内克说：“这是了解太阳和其他恒星磁场产生的重要一步
。这一结果将使我们更接近解决 CME 形成之谜 ，这对于设计保护地球免受危险空间天气影响非常重要 。” 许多天文爱好者都知道
，太阳的磁场以11年为一个周期运行 。每隔11年 ，太阳的两极交换位置 ，这就改变了太阳的行为 。喷发 、太阳耀斑和日冕物质抛射在太阳活动周期的中期增加 ，这被称为“太阳极大期” 。由于太阳的喷发会破坏地球上的通信、电网和其他基础设施 ，科学家们希望更好地了解它 。 上图
：这张照片描绘了最近11年的太阳周期 ，在紫外线下显示了太阳
。太阳活动的最大值出现在周期的中间 ，太阳明显地表现出更多的活动 。 SSD和LSD之间的相互作用创造了太阳周期，因此，这些发现有助于更好地了解太阳天气 ，以及我们可能会在什么时候预期到即将到来的混乱 。 如果朋友们喜欢
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