研究人員發(fā)現(xiàn)了一個(gè)以前未知的加熱機(jī)制，解釋了為什么"日冕"，即圍繞太陽的大氣層，比發(fā)射它的太陽表面熱得多。了解加熱過程對(duì)聚變能源研究也有重大意義。
研究人員發(fā)現(xiàn)了一個(gè)以前未知的加熱機(jī)制，解釋了為什么"日冕"，即圍繞太陽的大氣層，比發(fā)射它的太陽表面熱得多。美國能源部普林斯頓等離子體物理實(shí)驗(yàn)室(PPPL)的這一發(fā)現(xiàn)有可能幫助解決幾個(gè)天體物理學(xué)之謎，包括恒星的形成，宇宙中大規(guī)模磁場(chǎng)的來源，以及預(yù)測(cè)可能導(dǎo)致地球上手機(jī)中斷和電網(wǎng)故障的太空天氣事件。了解加熱過程對(duì)聚變能源研究也有重大意義。
一、首次清晰的三維解釋
"我們的直接數(shù)值模擬是第一次在三維空間中明確識(shí)別這種加熱機(jī)制，"PPPL和普林斯頓大學(xué)的物理學(xué)家董傳飛說，他通過為世界上最大的此類模擬進(jìn)行2億小時(shí)的計(jì)算機(jī)時(shí)間來揭開這一過程。"目前的望遠(yuǎn)鏡和航天器儀器可能沒有足夠高的分辨率來識(shí)別在小尺度上發(fā)生的過程，"他在《科學(xué)進(jìn)展》雜志上詳細(xì)介紹了這一突破。
隱藏的成分是一個(gè)叫做磁重聯(lián)的過程，它分離并猛烈地重新連接等離子體中的磁場(chǎng)，等離子體是由電子和原子核組成的湯，形成太陽大氣。模擬揭示了磁場(chǎng)線的快速重聯(lián)如何將大規(guī)模的湍流能量轉(zhuǎn)化為小規(guī)模的內(nèi)部能量，因此，湍流能量在小尺度上被有效地轉(zhuǎn)化為熱能，從而使日軍變得更熱。
"想想把奶油放在咖啡里，"董說。"奶油滴很快就會(huì)變成輪狀和細(xì)長(zhǎng)的卷曲。同樣地，磁場(chǎng)形成薄薄的電流片由于磁重聯(lián)而破裂。這個(gè)過程促進(jìn)了從大規(guī)模到小規(guī)模的能量級(jí)聯(lián)，使這個(gè)過程在湍流的日冕中比以前認(rèn)為的更有效。"
當(dāng)重聯(lián)過程緩慢而湍流級(jí)聯(lián)快速時(shí)，重聯(lián)不能影響能量的跨尺度轉(zhuǎn)移。但是當(dāng)重聯(lián)速度變得足夠快，超過傳統(tǒng)的級(jí)聯(lián)速度時(shí)，重聯(lián)可以更有效地將級(jí)聯(lián)推向小尺度。了解更多美國大學(xué)咨詢，添加顧問老師XV：Tops6868
論文認(rèn)為，通過打破和重合磁場(chǎng)線產(chǎn)生了被稱為等離子體的小型扭曲線鏈，新的發(fā)現(xiàn)將能量轉(zhuǎn)移率與等離子體的增長(zhǎng)速度聯(lián)系起來，加強(qiáng)了能量從大尺度到小尺度的轉(zhuǎn)移，并在這些尺度上強(qiáng)烈加熱電暈，這改變了半個(gè)多世紀(jì)以來被廣泛接受的對(duì)湍流能量級(jí)聯(lián)的理解，
新發(fā)現(xiàn)展示了一個(gè)像日冕中那樣具有空前大的磁雷諾數(shù)的形態(tài)，這個(gè)大數(shù)字表征了湍流級(jí)聯(lián)的新的高能量轉(zhuǎn)移率，磁雷諾數(shù)越高，重聯(lián)驅(qū)動(dòng)的能量轉(zhuǎn)移就越有效。
二、2億個(gè)小時(shí)
在美國宇航局高級(jí)超級(jí)計(jì)算(NAS)設(shè)施中，黃傳飛進(jìn)行了世界最大的同類湍流模擬，花費(fèi)了超過2億小時(shí)計(jì)算機(jī)CPU的運(yùn)算時(shí)間。PPPL物理學(xué)家，普林斯頓大學(xué)的天體物理學(xué)教授AmitavaBhattachariee介紹說，這項(xiàng)數(shù)值實(shí)驗(yàn)首次產(chǎn)生了無可爭(zhēng)議的證據(jù)，證明了理論上預(yù)測(cè)的由等離子體生長(zhǎng)控制的湍流能量級(jí)聯(lián)范圍的機(jī)制。
"他在高影響力雜志《科學(xué)進(jìn)展》上的論文完成了他在《物理評(píng)論快報(bào)》上發(fā)表的早期二維結(jié)果所開始的計(jì)算程序。這些論文構(gòu)成了傳飛作為普林斯頓太陽物理中心成員所做的令人印象深刻的工作的尾聲，我們感謝PPPL LDRD[實(shí)驗(yàn)室定向研究與開發(fā)]撥款促進(jìn)了這項(xiàng)工作，并感謝NASA高端計(jì)算(HEC)計(jì)劃慷慨地分配了計(jì)算機(jī)時(shí)間。"
這一發(fā)現(xiàn)在天體物理系統(tǒng)中的影響跨越了一系列的尺度，可以用目前和未來的航天器和望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行探索。論文說，解開跨尺度的能量轉(zhuǎn)移過程將是解決關(guān)鍵的宇宙之謎的關(guān)鍵，
該研究由美國能源部科學(xué)辦公室(FES)和NASA資助，計(jì)算機(jī)資源由
NASA HEC與國家能源研究科學(xué)計(jì)算中心(DOE科學(xué)辦公室的一個(gè)用戶設(shè)施)和NSF贊助的計(jì)算和信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室一起提供。
以上就是普林斯頓大學(xué)發(fā)現(xiàn)日冕隱藏加熱過程的相關(guān)內(nèi)容。如果您對(duì)美國留學(xué)感興趣，歡迎您在線咨詢托普仕留學(xué)老師，托普仕留學(xué)專注美國前30高校申請(qǐng)，助力國內(nèi)學(xué)子順利獲得美國藤校入讀資格。
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