级联能量解释太阳风波动

从动态上层太阳大气层出发,太阳风波遍及整个太阳系新汉普夏尔大学Charles Smith博士坐在一起讨论流体动态最新理论与航天器任务观测如何帮助理解行星际等离子流太阳风从极小量到极小量度的能量 — — 有可能解决一场数十年来一直激烈展开的辩论。

乍一看,太阳系大片似乎完全空无一物,很少发生可能对天文学家有某种兴趣的事情。现实中,远非如此:强力常暴力过程在太阳上层大气中展开,向行星际空间流出持续强力粒子,称为“太阳风”。

Smith描述道, 太阳风中含有电荷粒子气, 主要是质子电子, 源头为太阳, 向外扩展约每秒400公里微信极稀有-仅含约10分位数接近地球-等离子体热十万摄氏度

太阳风作用可清晰地看它与地球磁场交互作用通常,这个字段起屏蔽作用 防止带电粒子到达地球表面地球极上方磁场线向中心倾斜,允许太阳风直接与大气层交互-生成壮观光秀我们称极光

太阳风完全波及地球磁层以外:当太阳磁场线向外拖动时,等离子流流向太阳系外围此外,由于太阳风等离子带磁场,不同块等离子相交通风结构有序Smith解释道 电荷粒子无法跨田线正因如此,当一量气体对立时,二分互通不通 — — 气体行为像地球上更熟悉液流水一样多。

空间物理家研究太阳风的动态特性,以努力理解太阳风运动、波动和进化的物理定律

经历波动
或乘木筏下快速动江, 我们中许多人都熟悉以混乱和不可预知方式击败空气和水事实上,尽管流等离子充电性质意味着其动态往往远比传统流体行为复杂得多,但这些行为背后的许多物理过程也在太阳风中广泛发现 — — 尽管规模大得多。

Smith、他的同事和广度空间物理家群研究太阳风的动态特性,以努力理解太阳风运动、波动和进化的物理规律具体地说,它们调查它所装加载粒子速度、密度和方向的特征波动,并随后研究它的热量地上最大空间尺度最强的波动是图象变异和光闪光的原因,我们可以在极光中观察同样的波动驱动非线性动态,产生小尺度波动,最终加热后台等离子

流水流的一个关键特征 — — 水、空气或等离子体 — — 非线性动态可影响大小尺度的波动以及温度:一种被称为光谱传输的现象Smith解释太阳风显示高度非线性动态证据, 通常称它为“扰动性”。现象通过空间和时间尺度移动能量,直到大规模结构提供能量迁移到小尺度时,消散热背景等离子体

物理过程驱动扰动 深度复杂 并有正确方法 物理家可以精确预测探索机制驱动空气和水等流体扰动的同时,虽然取得了显著进展,但导致热量和太阳风运动波动的许多因素迄今仍然是个谜题。

观察模拟
太阳风研究近六十年在那段时间里,通过航天器直接测量在理解上取得了重要进步。Voyagers1和2等消息显示这种扰动加热持续到日光层最远处,使空间成为研究我们所能得到的扰动的最大风道”,Smith描述

尽管迄今取得了这些成绩,但设计和发射测量太阳风所需的航天器所需的巨大代价和努力直接意味着观察只在极有限点上进行。迄今,这阻止空间物理家建立足够详细的三维图片,说明太阳风动态及其在整个太阳系的变异性

在某种程度上,问题可以通过计算机模拟解决,计算机模拟使用高级理论预测等离子体动态如何演练但这些方法仍然不够先进 无法计算所有相关特效由于其局限性,模拟技术最终必须牺牲预测等离子体动态的一个重要方面的质量,以便研究另一个方面结果,不同的计算机模拟可得出不同结论

综合说来,模拟和直接观察技术的缺陷意味着对乱流基本性质仍然有争论Smith等研究者主张非线性扰动效果如流水力学解释,而另一类思想学则建议替代理论,基础是交互波浪,如名为“Alfven波浪”的现象

非中断 Alfven波浪从太阳源传播到日光层最远处,曾一度为常用解释现代波解析越多 以交互波的动态解释我们所观察的扰动加深混淆性,这种解释往往导致预测观察到的测量方法,这些方法与完全非线性理论方法非常相似。基于此和相关原因,很难解析我们观察中潜在的动荡动态

地球大系统可发现能源级联,如洋流等,在数千公里内运输大容量水
能源级联回答
Smith与研究太阳风扰动的空间物理学家群力使用ACE、WIND、Ulysses光谱遍历太阳风并近似传统非线性流体动态观察,从风道、大气和水体中可见不列颠哥伦比亚省外的潮流信道(Grant、Stewart和Moilliet,1962年)首次观测流体动扰动频谱

地球上可能很难复制同样的观测风道,边界特效可掩码统一扰动特征大型系统可发现能源级联,如洋流,在数千公里内运输大容量水过程中,它们产生环游水面循环电磁条-这些电路互换并依次生成小量电磁条归根结底,流程可作为一种机制消散大规模流中所含的能量 — — 有可能降到单毫米尺度上。太阳风大片区域边界效果可能重要或无关重要
令它成为研究等离子扰动的理想实验室

不论细非线性动态活跃于太阳风扰动中,研究者建议可比能源级联可大规模流等离子体中提取能量存储量脉冲流中的能量随后迁移到小尺度上,最终散落到单个粒子运动的尺度上 — — 最终影响单个粒子动能

根据热力学定律 随机粒子运动直接对太阳风传播热Smith解释道 : 脉冲生成广频谱磁能 从大尺度向小尺度移动能量,

理解太阳风
如果理论正确 对物理家理解太阳风波动有重要影响Smith及其同僚希望通过计算大型水库中所含能量的小规模散射来更好地解释太阳风波大波比前占统治地位的 Alfven波模型背后的原因

需要更详细的观察后,非线性具体动态才能支持扰动式能源级联
确定团队工作将为未来测试理论可靠性提供重要基础归根结底,通过加深理解太阳风中波动能的生成、迁移和散散开,物理家很快就能深入了解行星间等离子行为方式