科技日?qǐng)?bào)記者 張夢(mèng)然

加拿大多倫多大學(xué)、美國(guó)普林斯頓大學(xué)、澳大利亞國(guó)立大學(xué)的聯(lián)合團(tuán)隊(duì)展開合作，開發(fā)出一種創(chuàng)新的計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)，能以前所未有的高精度和大尺度深入探索星際介質(zhì)（ISM）中的磁力和湍流。ISM是充滿銀河系恒星之間的氣體和帶電粒子的廣闊空間。這一模型將能為研究ISM、銀河系磁力、恒星形成和宇宙射線傳播等天體物理現(xiàn)象提供新的見解。相關(guān)研究成果發(fā)表于最新一期《自然·天文學(xué)》雜志。

無論是在星系間、星系內(nèi)、太陽系內(nèi)，還是在日常生活中，湍流的表現(xiàn)都驚人地相似，這種一致性具有極大的科學(xué)吸引力。天體物理環(huán)境中的湍流與地球上的湍流略有所區(qū)別，其中的關(guān)鍵區(qū)別在于磁場(chǎng)的存在，這從根本上改變了湍流的性質(zhì)。在星際空間中，粒子數(shù)量遠(yuǎn)少于地球上真空實(shí)驗(yàn)中的粒子，但它們的運(yùn)動(dòng)足以產(chǎn)生磁場(chǎng)。

銀河系磁場(chǎng)的強(qiáng)度雖然僅為冰箱磁鐵的幾百萬分之一，但仍是塑造宇宙的重要力量之一。此次的新模型是目前同類系統(tǒng)中最強(qiáng)大的，它的運(yùn)行依賴于德國(guó)萊布尼茨超級(jí)計(jì)算中心的SuperMUC-NG超級(jí)計(jì)算機(jī)。它正挑戰(zhàn)著人們對(duì)磁化湍流如何在天體物理環(huán)境中運(yùn)作的理解。

新模型在尺寸和細(xì)節(jié)上都取得了重大突破，最大版本可模擬約30光年邊長(zhǎng)的空間體積，而最小版本則可縮小為大約1/5000。這一模型有助于人們理解銀河系整體磁場(chǎng)。

新模型除了具有更高的分辨率和可擴(kuò)展性，還能模擬ISM密度的動(dòng)態(tài)變化，這是以往模型所未能考慮的。團(tuán)隊(duì)利用從太陽—地球系統(tǒng)觀測(cè)的數(shù)據(jù)來測(cè)試模擬結(jié)果，取得了良好的匹配。這意味著通過模擬就可更好地了解太空天氣及其對(duì)地球的影響。

總編輯圈點(diǎn)：

湍流普遍存在于星際、大氣、海洋、江河等自然現(xiàn)象和飛行器尾流、燃燒器燃燒等工程現(xiàn)象中。湍流問題是力學(xué)中一個(gè)復(fù)雜的問題，足夠人們終其一生去研究。天體物理環(huán)境中的湍流與地球上的湍流略有區(qū)別，關(guān)鍵在于磁場(chǎng)。借助超級(jí)計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力，科研人員開發(fā)出一種模擬技術(shù)，能以更高分辨率對(duì)星際介質(zhì)中的磁力和湍流進(jìn)行觀察。這種模型讓我們了解磁場(chǎng)如何引導(dǎo)氣體流動(dòng)、影響恒星誕生，并更加清楚如太陽風(fēng)暴之類的宇宙天氣對(duì)地球的影響。