Внутренние тайны планет и звезд

Автор: Леонид Гляделов . Опубликовано в категории: АСТРОФИЗИКА

1 1 1 1 1 Рейтинг 0 [0 Голоса (ов)]

Трехмерная рендеринг показывает смоделированную солнечную конвекцию, реализованную с разными скоростями вращения. Регионы восходящего и нисходящего потоков отображаются соответственно красным и синим. Поскольку вращательное влияние возрастает от левого (невращающегося) вправо (быстро вращающегося), конвективные структуры становятся все более организованными и удлиненными. Понимание положения Солнца вдоль этого спектра представляет собой важный шаг к пониманию того, как он поддерживает магнитное поле.

После пятилетнего путешествия на 1,74 миллиарда миль космический корабль «Юнона» НАСА, отправился на орбиту Юпитера в июле 2016 года, чтобы начать свою миссию по сбору данных о структуре, атмосфере, магнитных и гравитационных полях таинственной планеты.

Для геофизика Лос-Анджелеса Джонатана Аурну не могло быть времени намного лучше.

Тогда, когда Юнона достигла своей цели, Aurnou и его коллеги из Computational Infrastructure for Geodynamics (CIG) начали массовое трехмерное моделирование в Argonne Leadership Computing Facility (ALCF), в министерстве энергетики США (DOE) User Facility, чтобы исследовать и прогнозировать турбулентные внутренние процессы, которые создаёт интенсивное магнитное поле Юпитера.

Хотя время проведения двух исследований было случайным, оно дает возможность сравнить наиболее подробные наблюдения Юпитера, когда-либо записанные с симуляциями Юпитера с наивысшим разрешением.

Aurnou, возглавляющий рабочую группу CIG Geodynamo, надеется, что продвинутые модели, которые они создают с помощью суперкомпьютера Mira, будут дополнять результаты исследования NASA, чтобы показать полное понимание внутренней динамики Юпитера. «Даже с Юноной мы не сможем получить отличную физическую выборку турбулентности, происходящей в глубоких недрах Юпитера», - сказал он. «Только суперкомпьютер может помочь нам».

Aurnou и его сотрудники также используют Mira для изучения магнитных полей на Земле и солнца на беспрецедентном уровне детализации.

Генерация "Динамо"

Магнитные поля генерируются глубоко в недрах планет и звезд посредством процесса, известного как действие динамо. Это происходит, когда вращающееся конвективное движение электропроводящих жидкостей (например, жидкий металл в планетах и плазме в звездах) преобразует кинетическую энергию в магнитную энергию. Лучшее понимание динамо-процесса даст новое представление о рождении и эволюции солнечной системы и проливает свет на планетные системы, которые обнаруживаются вокруг других звезд.
Моделирование внутренней динамики Юпитера, Земли и Солнца приносит уникальные результаты, но три совершенно разных астрофизических тела действительно объединяет одно общее, имитирующее их процессы динамо, требует огромного количества вычислительной мощности.
Благодаря своему проекту в ALCF команда CIG из Aurnou начала разрабатывать и демонстрировать модели D-DIM с высоким разрешением в самых больших масштабах.

Когда проект начался в 2015 году, основной задачей команды было Солнце. Понимание солнечного динамо является ключом к прогнозированию солнечных вспышек, выбросам корональной массы и другим факторам космической погоды, которые могут влиять на производительность и надежность космических и наземных технологических систем, таких как спутниковая связь.

Имея доступ к "Мира", команда выполнила некоторые из самых сложных и самых бурных симуляций солнечной конвекции. В статье, опубликованной в « Astrophysical Journal Letters», они использовали моделирование для размещения верхних границ типичной скорости потока в зоне солнечной конвекции - ключевой параметр для понимания того, как Солнце генерирует свое маг

По словам исследователя Университета Колорадо Боулдера Ника Фезерстоуна, который возглавляет проект солнечного динамо-проекта, результаты команды были обусловлены способностью модели эффективно моделировать как вращение, так и сферическую форму Солнца, которые чрезвычайно требовательны к объединению в модель с высоким разрешением.
«Чтобы изучить зону глубокой конвекции, вам нужна сфера, - сказал Фезерстоун. «И чтобы все было правильно, оно должно вращаться».

Понимание Земли в ее ядре

Магнитные поля в планетах, таких как Земля, генерируются физическими свойствами их жидких металлических сердечников. Однако из-за ограниченной вычислительной мощности предыдущие модели динамомашин Земли были вынуждены имитировать жидкости с электропроводностью, которые намного превосходят текущие жидкие металлы.
Чтобы преодолеть эту проблему, команда CIG строит модель с высоким разрешением, которая способна имитировать металлические свойства расплавленного железного ядра Земли. Их текущее моделирование геодинамики уже показывает, что потоки и связанные магнитные структуры развиваются как в малых, так и в больших масштабах, открывая новые процессы, которые не появляются при более низких разрешениях.

«Если вы не можете имитировать реалистичный металл, у вас будут проблемы с точной турбулентностью», - сказал он. «Никто не мог позволить себе делать подобные вычисления до сих пор! Поэтому большим стимулом для нас является открытие двери для сообщества и предоставление конкретного примера того, что возможно с современными быстрыми суперкомпьютерами».

На очереди Юпитер

В случае с Юпитером, конечной целью команды является создание связанной модели, которая учитывает, как ее регион динамо, так и мощные атмосферные ветры, известные как струи. Это включает в себя разработку модели «глубокой атмосферы», в которой область струй Юпитера распространяется по всей планете и соединяется с областью динамо. Сейчас исследователи добились значительного прогресса в атмосферной модели, что позволило достичь высочайшего разрешения гигантских планет. Исследователи будут использовать моделирование Юпитера для прогнозирования поверхностных вихрей, зональных струйных течений и тепловых выбросов и сравнивать их с получаемыми данными от миссии Juno.
В конечном итоге команда планирует публиковать свои результаты для более широкого исследовательского сообщества.

«Как и космический корабль « Юнона »,« Мира » наши вычисления - уникальные и специальные инструменты. Когда мы получаем данные от этих удивительных научных инструментов, мы хотим сделать их открытыми и предоставить их всему сообществу, чтобы иметь возможность для всестороннего анализа».
После пятилетнего путешествия на 1,74 миллиарда миль космический корабль «Юнона» НАСА, отправился на орбиту Юпитера в июле 2016 года, чтобы начать свою миссию по сбору данных о структуре, атмосфере, магнитных и гравитационных полях таинственной планеты.

Для геофизика Лос-Анджелеса Джонатана Аурну не могло быть времени намного лучше.

Тогда, когда Юнона достигла своей цели, Aurnou и его коллеги из Computational Infrastructure for Geodynamics (CIG) начали массовое трехмерное моделирование в Argonne Leadership Computing Facility (ALCF), в министерстве энергетики США (DOE) User Facility, чтобы исследовать и прогнозировать турбулентные внутренние процессы, которые создаёт интенсивное магнитное поле Юпитера.
Хотя время проведения двух исследований было случайным, оно дает возможность сравнить наиболее подробные наблюдения Юпитера, когда-либо записанные с симуляциями Юпитера с наивысшим разрешением.
Aurnou, возглавляющий рабочую группу CIG Geodynamo, надеется, что продвинутые модели, которые они создают с помощью суперкомпьютера Mira, будут дополнять результаты исследования NASA, чтобы показать полное понимание внутренней динамики Юпитера. «Даже с Юноной мы не сможем получить отличную физическую выборку турбулентности, происходящей в глубоких недрах Юпитера», - сказал он. «Только суперкомпьютер может помочь нам».
Aurnou и его сотрудники также используют Mira для изучения магнитных полей на Земле и солнца на беспрецедентном уровне детализации.

Генерация "Динамо"

Магнитные поля генерируются глубоко в недрах планет и звезд посредством процесса, известного как действие динамо. Это происходит, когда вращающееся конвективное движение электропроводящих жидкостей (например, жидкий металл в планетах и плазме в звездах) преобразует кинетическую энергию в магнитную энергию. Лучшее понимание динамо-процесса даст новое представление о рождении и эволюции солнечной системы и проливает свет на планетные системы, которые обнаруживаются вокруг других звезд.
Моделирование внутренней динамики Юпитера, Земли и Солнца приносит уникальные результаты, но три совершенно разных астрофизических тела действительно объединяет одно общее, имитирующее их процессы динамо, требует огромного количества вычислительной мощности.
Благодаря своему проекту в ALCF команда CIG из Aurnou начала разрабатывать и демонстрировать модели D-DIM с высоким разрешением в самых больших масштабах.

Когда проект начался в 2015 году, основной задачей команды было Солнце. Понимание солнечного динамо является ключом к прогнозированию солнечных вспышек, выбросам корональной массы и другим факторам космической погоды, которые могут влиять на производительность и надежность космических и наземных технологических систем, таких как спутниковая связь.
Имея доступ к "Мира", команда выполнила некоторые из самых сложных и самых бурных симуляций солнечной конвекции. В статье, опубликованной в « Astrophysical Journal Letters», они использовали моделирование для размещения верхних границ типичной скорости потока в зоне солнечной конвекции - ключевой параметр для понимания того, как Солнце генерирует свое магнитное поле и переносит тепло из своих глубин.

По словам исследователя Университета Колорадо Боулдера Ника Фезерстоуна, который возглавляет проект солнечного динамо-проекта, результаты команды были обусловлены способностью модели эффективно моделировать как вращение, так и сферическую форму Солнца, которые чрезвычайно требовательны к объединению в модель с высоким разрешением.
«Чтобы изучить зону глубокой конвекции, вам нужна сфера, - сказал Фезерстоун. «И чтобы все было правильно, оно должно вращаться».

Понимание Земли в ее ядре

Магнитные поля в планетах, таких как Земля, генерируются физическими свойствами их жидких металлических сердечников. Однако из-за ограниченной вычислительной мощности предыдущие модели динамомашин Земли были вынуждены имитировать жидкости с электропроводностью, которые намного превосходят текущие жидкие металлы.
Чтобы преодолеть эту проблему, команда CIG строит модель с высоким разрешением, которая способна имитировать металлические свойства расплавленного железного ядра Земли. Их текущее моделирование геодинамики уже показывает, что потоки и связанные магнитные структуры развиваются как в малых, так и в больших масштабах, открывая новые процессы, которые не появляются при более низких разрешениях.

«Если вы не можете имитировать реалистичный металл, у вас будут проблемы с точной турбулентностью», - сказал он. «Никто не мог позволить себе делать подобные вычисления до сих пор! Поэтому большим стимулом для нас является открытие двери для сообщества и предоставление конкретного примера того, что возможно с современными быстрыми суперкомпьютерами».

На очереди Юпитер

В случае с Юпитером, конечной целью команды является создание связанной модели, которая учитывает, как ее регион динамо, так и мощные атмосферные ветры, известные как струи. Это включает в себя разработку модели «глубокой атмосферы», в которой область струй Юпитера распространяется по всей планете и соединяется с областью динамо.
Сейчас исследователи добились значительного прогресса в атмосферной модели, что позволило достичь высочайшего разрешения гигантских планет. Исследователи будут использовать моделирование Юпитера для прогнозирования поверхностных вихрей, зональных струйных течений и тепловых выбросов и сравнивать их с получаемыми данными от миссии Juno.

В конечном итоге команда планирует публиковать свои результаты для более широкого исследовательского сообщества.
«Как и космический корабль « Юнона »,« Мира » наши вычисления - уникальные и специальные инструменты. Когда мы получаем данные от этих удивительных научных инструментов, мы хотим сделать их открытыми и предоставить их всему сообществу, чтобы иметь возможность для всестороннего анализа».

НЕ ЗАБУДЬТЕ ПОДЕЛИТЬСЯ ЭТОЙ СТАТЬЕЙ:

2019-02-02 16:36:47 После пятилетнего путешествия на 1,74 миллиарда миль космический корабль «Юнона» НАСА, отправился на орбиту Юпитера в июле 2016 года, чтобы начать свою миссию по сбору данных о структуре, атмосфере, магнитных и гравитационных полях таинственной планеты. Для геофизика Лос-Анджелеса Джонатана Аурну не могло быть времени намного лучше.
AstroNews Logo

Добавить комментарий

Комментарии нарушающие ПРАВИЛА будут удаляться, а их авторы возможно будут забанены.

СЛУЧАЙНЫЕ НОВОСТИ КОСМОСА

Космическая пыль может переносить жизнь между мирами

Художественное изображение пыли с биологическими частицами в космосе

Жизнь на нашей планете могла возникнуть из биологических частиц, приносимых на Землю в потоках космической пыли.

Согласно данным исследования, быстро движущиеся потоки межпланетной пыли, которые постоянно бомбардируют атмосферу нашей планеты, могут доставлять крошечные организмы из далеких миров или наоборот, отправить земные организмы на другие планеты.

Подробнее...

Новости космоса: Первые признаки странного квантового свойства пустого пространства?

Нейтронная звезда-Магнитар.

Изучая свет, испускаемый из чрезвычайно плотной и сильно намагниченной нейтронной звезды, астрономы, возможно, нашли первые наблюдательные признаки странного квантового эффекта, впервые предсказано в 1930 году.

Поляризация наблюдаемого света позволяет предположить, что пустое пространство вокруг нейтронной звезды является предметом квантового эффекта, известного как вакуумная двойная рефракция (vacuum birefringence).

Подробнее...

Черные дыры превращают планеты в скалистые миры

Черные дыры превращают планеты в скалистые миры

Новости космоса:
Команда астрофизиков и ученых-планетологов предсположила, что планеты Нептуна, расположенные вблизи центра Млечного Пути, были превращены в скалистые планеты вспышками, создаваемыми соседней сверхмассивной черной дырой.

Эти данные сочетают компьютерное моделирование с данными недавних исследований экзопланет, а также рентгеновские и ультрафиолетовые наблюдения звезд и черных дыр.

Подробнее...