研究人员使用计算机模拟来解释地球磁尾的电子加速度 2017-05-20 06:17:02

$888.88
所属分类 :财政

艺术家对地球磁层的演绎磁尾或磁尾是由行星磁层上的太阳风压力形成的图像:美国宇航局麻省理工学院的研究人员利用计算机模拟的新数据来证明他们最初提出的理论解释了大规模加速地球磁尾中的电子计算机模拟表明,地球磁尾中的活跃区域大约是人们认为的1000倍,这意味着这些磁场事件激发的空间体积足以解释大量的高速电子

几个航天器任务由于大规模的计算机模拟能够精确地与航天器观测的细节保持一致,最终解释了太空探测器探测到的一种神秘现象

这一发现不仅可以解决天体物理难题,还可能导致更好的能力预测空间中可能损坏s的高能电子流麻省理工学院物理学副教授,等离子体科学与融合中心研究员Jan Egedal,与麻省理工学院研究生Ari Le和洛斯阿拉莫斯国家实验室(LANL)的William Daughton合作,报告了这个空间解决方案2月26日发表在“自然物理学”杂志上的一篇论文中的难题最初提出了一个理论来解释地球磁尾中电子的大规模加速 - 一股巨大而强烈的磁场被太阳风从地球上向外扫过 - 但直到新的数据来自计算机模拟,“曾经有人说这是一个疯狂的想法,”Egedal说,感谢新数据,“我不再那样了,”他说,模拟结果显示,地球的磁尾,在磁场中发生“重新连接”事件,大约比想象的大1000倍

这意味着这些磁场事件激发的空间体积为很容易解释由许多航天器任务检测到的大量高速电子,包括群集任务解决问题需要来自世界上最先进的超级计算机之一的惊人数量的计算机功率,在国家计算科学研究所田纳西州橡树岭国家实验室这台名为Kraken的计算机拥有112,000台并行工作的处理器,耗电量与小镇相当

该研究使用了25,000台处理器11天,以跟踪太空中1800亿个模拟粒子的运动

Egedal说,磁场重新连接过程中的处理时间逐渐累积,在其他任务之间的空闲时间内被挤压

模拟是使用LANL开发的等离子体物理代码进行的,该代码严格分析磁重联的演变Egedal解释说太阳能风伸展地球的磁场线,田野储存的能量就像拉伸的橡皮筋当平行的场线突然重新连接时,它们会同时释放出这种能量 - 就像释放橡皮筋一样,能量的释放是推动电子以大能量(数万伏)回到地球的地方,在那里它们影响高层大气这种影响直接或间接地被认为是产生发光的高层大气等离子体,称为极光,在夜空中产生壮观的显示

困惑的物理学家是在这些事件中产生的高能电子的数量根据理论,因为磁尾中的等离子体(带电气体)应该是近乎完美的导体,所以不可能在磁场线的方向上维持电场

但是这样的场正好是加速电子所需的电场

根据新的模拟,这些油田可以建造的空间体积实际上至少可以比theori大1000倍sts认为可能 - 因此大到足以解释观察到的电子“人们一直认为这个区域很小,”Egedal说,但现在,“通过分析航天器数据并进行模拟,我们发现它可能非常大,并且可以加速许多电子“因此,”第一次,我们可以再现“由集群航天器观测到的特征” 这可能很重要,因为除其他外,“这些热电子可以摧毁太空船”,Egedal说,这就是为什么军方和NASA“想要更好地理解这一点”的原因虽然这种分析是针对地球磁尾的现象,埃格达尔说,类似的现象可能发生在太空中磁化等离子体的更大区域 - 例如从太阳的日冕爆发的大规模抛射,其占据的区域大10,000倍,甚至是脉冲星或其他高能物体周围的区域空间,它还要大得多在未来,他希望能够进行适用于太阳日冕物质抛射的模拟“我们认为我们可以将模拟量扩大一百倍”,他说物理学教授迈克尔·布朗没有参与这项研究的斯沃斯莫尔学院表示,Egedal“正在成为磁性重联实验[和]观察方面的真正领导者”,并且他的合作作者Daughton“是最先进的等离子体模拟领域的公认领导者”新结果“非常重要,我认为对社区其他人来说是令人惊讶的......我认为这张图片将获得越来越多的认可,并且我们必须超越“目前公认的等离子体图片,他说这项工作得到了美国宇航局和国家科学基金会资助的资助来源:麻省理工学院新闻办公室大卫L钱德勒图片:NASA