新模型揭示了天体物理等离子体中的湍流

作者:拓跋渡

<p>磁性重新连接是一个复杂的现象,麻省理工学院核科学与工程和物理学副教授Nuno Loureiro已经详细研究了十多年</p><p>为了解释这个过程,他给出了一个充分研究的例子:“如果你观看太阳耀斑的视频“当它向外拱起然后折叠回到太阳的表面上”,这是在行动中的磁性重新连接它是在太阳表面发生的事情,导致爆炸性的能量释放“Loureiro对这个过程的理解磁重联的基础为新的分析提供了基础,现在可以解释等离子体中湍流的某些方面图像:NASA等离子体,类似气体的离子和电子集合,估计占宇宙中可见物质的99%,包括太阳,恒星和气体介质渗透到大部分等离子体之间的空间,包括不断从s流出的太阳风在太阳系中扫荡,处于湍流状态这种湍流如何发挥作用仍然是一个谜;它是等离子体物理学中最具活力的研究领域之一现在,两位研究人员提出了一种解释这些动态湍流过程的新模型</p><p>麻省理工学院核科学与工程与物理学副教授Nuno Loureiro和Stanislav Boldyrev的发现威斯康星大学麦迪逊分校的物理学教授今天在天体物理学杂志上发表报道</p><p>这篇论文是今年系列文章中的第三篇,解释了这些带电粒子湍流收集如何发挥作用的关键方面“天体和天体物理中的天然等离子体环境受到磁场的影响,并以湍流状态存在,“Loureiro说”也就是说,它们的结构在所有尺度上都是高度无序的:如果你放大一下,越来越仔细地观察构成这些材料的缕缕和漩涡,你会看到各种尺寸水平的类似无序结构的迹象“虽然湍流是一种常见且被广泛研究的现象在各种流体中,等离子体中发生的湍流更难以预测,因为电流和磁场的附加因素“磁化等离子体湍流非常复杂且具有极大的挑战性”,麻省理工学院学生Daniel Groselj说磁性重新连接是一个复杂的现象,Loureiro已经详细研究了十多年</p><p>为了解释这个过程,他给出了一个经过充分研究的例子:“如果你观看一个太阳耀斑的视频”,它向外拱起然后坍塌在太阳的表面上,“这是在行动中的磁性重新连接它是在太阳表面发生的事情,导致爆炸性的能量释放”Loureiro对磁重联过程的理解为新的分析提供了基础,现在可以解释一些等离子体中的湍流方面Loureiro和Boldyrev发现磁重联必须在其中起关键作用等离子体湍流的动力学,他们认为从根本上改变了对空间和天体物理等离子体的动力学和性质的理解的洞察力,“确实是人们如何思考湍流的概念转变”,Loureiro说现有关于等离子体湍流动力学的假设“可以正确地预测观察到的某些方面,”他说,但他们“导致不一致”Loureiro与等离子湍流的主要理论家Boldyrev合作,两人意识到“我们可以通过基本上合并现有的理论描述来解决这个问题”湍流和磁性重新连接,“Loureiro解释结果,”湍流的图像在概念上被修改,并导致结果更接近于监测太阳风的卫星所观察到的结果,并且许多数值模拟“Loureiro急于添加这些结果并不能证明模型是正确的,但表明它与existi一致数据“肯定需要进一步的研究,”Loureiro说:“该理论做出了具体的,可测试的预测,但这些很难通过当前的模拟和观察来检查”他补充道,“该理论非常普遍,这增加了直接测试的可能性“例如,有一些希望,美国宇航局的新任务,帕克太阳探测器,计划于明年发射,并将观测太阳的日冕(太阳周围的等离子热环,只有在地球上才能看到全蚀,可以提供所需的证据Loureiro说,探测器将比以前任何航天器更接近太阳,并且它应该提供关于日冕湍流的最准确数据到目前为止收集这些信息非常值得努力,Loureiro说:“湍流在各种天体物理现象中起着至关重要的作用,”包括通过发电机效应产生磁场的行星和恒星核心物质的流动,物质在大量中心物体周围的吸积盘中传输例如黑洞,恒星电晕的加热和风(气体不断地从恒星表面吹走),以及填充星际介质的星际介质中的结构的产生恒星之间的巨大空间“充分了解等离子体中的湍流是如何解决这些长期问题的关键,”他说,“这项重要的研究代表了向磁化等离子体湍流进行更深入的物理理解迈出的重要一步,”Dmitri Uzdensky说道</p><p>科罗拉多大学物理学副教授,他没有参与这项工作“通过阐明两个普遍存在的和基本的等离子体过程之间的深层联系和相互作用 - 磁流体动力学湍流和磁重联 - 这一分析改变了我们对能量如何的理论图景湍流等离子体运动从大规模到小规模级联“他补充说,”这项工作建立在这些作者今年早些时候发表的先前研究基础之上,并将其扩展到更广泛的无碰撞等离子体领域</p><p>这使得所得理论直接适用于更多在na中发现的现实等离子体环境同时,本文引发了关于等离子体湍流和重新连接的新的诱人问题,从而开辟了新的研究方向,从而激发了未来空间物理学和等离子体天体物理学的研究工作“该研究得到了国家科学的职业生涯奖学金的支持基金会和美国能源部通过基础等离子体科学和工程合作出版物:Nuno F Loureiro等,“无磁流体动力学和动力学湍流中的无碰撞重新连接”,ApJ,2017; doi:103847 / 1538-4357 / aa9754资料来源:....