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天体物理学家热衷于了解为什么日冕如此炎热

太阳无视传统的科学理解。它的高层大气,被称为日冕,比其表面温度高出数百万度。天体物理学家热衷于了解为什么日冕如此炎热,美国能源部(DOE)普林斯顿等离子体物理实验室(PPPL)的科学家已完成可能推进搜索的研究。

科学家们发现,在像等离子体这样的导电流体中形成称为等离子体的磁性气泡 - 由自由电子和太阳构成的原子核组成的物质的热,带电状态 - 可以影响流体内湍流的发展。然后湍流影响热量流过太阳和其他天体物理的方式。

新发现表明,在等离子体内的细长电流片中形成等离子体有助于将大的湍流漩涡变成更小的漩涡状结构。该过程在等离子体中产生局部强烈的电流片,其影响磁能在朝向电晕流动时在太阳中消散的速率。

“到目前为止,没有人通过直接数值模拟研究了等离子体如何改变导电流体中的湍流能谱,”PPPL和普林斯顿大学天体物理科学系的物理学家Chuanfei Dong说道,该报告的主要作者物理评论快报。“我们的模拟显示,在湍流导电流体中,磁性气泡的形成导致湍流涡旋从大规模转变为小规模,比以前认为的更有效。”

等离子体的形成通过破坏导电流体中的电流片的离散边界来帮助这种转变,允许片形成更小的分形结构。

这些发现不仅适用于太阳,也适用于诸如吸积盘等天体物理物体 - 灰尘和岩石的云团,它们围绕着诸如黑洞等密集物体,可能会坍缩成恒星和行星。“磁流体动力学湍流中最小的当前片材尺寸可能比先前预测的要小,”Dong说。“因此,当前的纸张在消散之前变得更加强烈。因此,这项工作可以提供对日冕加热发生的尺度的一些基本了解。”

研究人员在国家能源研究科学计算中心(美国能源部用户设施),美国国家科学基金会国家大气研究中心的夏延超级计算机等站点对超级计算机进行了模拟。未来的研究可能需要将模拟扩展到包括三个维度。“我们从两个方面开始,但现实世界是3D,”董说。“那么3D的画面是什么?到目前为止,没有人知道。”

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