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».
TEXT.RU - 100.00%
НЕ ЗАБУДЬТЕ ПОДЕЛИТЬСЯ ЭТОЙ СТАТЬЕЙ:

2017-11-02 23:18:26 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

Незначительное слияние сверхмассивной черной дыра в самом разгаре

Глубокое изображение Messier 77, снятое с Hyper Suprime-Cam (HSC), установленное на телескопе Subaru.

Галактика Messier 77 (M77) славится своим сверхактивным ядром, которое выделяет огромную энергию по электромагнитному спектру, от рентгеновского до радиоволн. Тем не менее, несмотря на его очень активное ядро, галактика выглядит как любая нормальная тихая спираль. Нет никакого визуального признака того, что заставляет его центральную область излучать так активно. Давно уже загадка, почему только центр M77 настолько активен. Астрономы подозревают, что произошло давнее событие, связанное с тонущей черной дырой, которая могла бы вывести ядро ​​на высокую передачу.

Чтобы проверить свои идеи о том, почему центральная область M77 излучает огромное количество радиации, команда исследователей из Национальной астрономической обсерватории Японии и Японского открытого университета использовала телескоп Subaru для изучения M77. Беспрецедентный глубокий образ галактики раскрывает доказательства скрытого незначительного слияния миллиардов лет назад. Это открытие дает важные доказательства для незначительного происхождения слияния активных галактических ядер.

Подробнее...

Солнечная активности в сентябре 2017 года, наблюдаемая из космоса

Интенсивная солнечная активность также вызвала глобальное сияние на Марсе более чем в 25 раз ярче, чем раньше, чем когда-либо наблюдалось в миссии NASA «Атмосфера Марса» и «Летучая эволюция» или миссии MAVEN. MAVEN изучает взаимодействие марсианской атмосферы с солнечным ветром, постоянный поток заряженных частиц от Солнца. Эти изображения из ультрафиолетового спектрографа MAVEN показывают появление яркого сияния на Марсе во время солнечной бури в сентябре. Фиолетово-белые цвета показывают интенсивность ультрафиолетового света на ночной стороне Марса перед (слева) и во время (справа) события.

В сентябре 2017 года наблюдалась волна солнечной активности, когда Солнце излучало 27 M-класс и четыре вспышки X-класса и выпустило несколько мощных выбросов корональной массы или CME с 6 по 10 сентября.

Солнечные вспышки - мощные всплески излучения, а выбросы корональной массы - это огромные облака солнечного материала и магнитные поля, которые извергаются с Солнца на невероятных скоростях.

Подробнее...

Новости науки: Подготовка эксперимента КATRIN для обнаружения массы у нейтрино.

Резервуар для радиоактивного изотопа трития.

Ученые вскоре попытаются выяснить, насколько легкие нейтрино на самом деле. 14 октября, ученые запустили в тестовом режиме эксперимент Карлсруэ Тритий-Нейтриновый экперимент или KATRIN.

Устройство расположено в Технологическом институте Карлсруэ, Германия, и направлено ​​на измерения массы нейтрино новым методом.

Подробнее...