预测太空天气的挑战可能会导致地球上的电信和其他卫星运行出现问题

2019-10-22 10:44:13

预测太空天气的挑战可能会导致地球上的电信和其他卫星运行出现问题,需要对太阳风(从太阳释放的带电粒子流)进行详细了解,并进行复杂的计算机模拟。新罕布什尔大学进行的研究发现,当选择正确的模型来描述太阳风时,使用花费较长时间进行计算的模型并不能使其最准确。

在发表于《天体物理学杂志》上的这项研究中,UNH太空科学中心物理学研究助理教授Daniel Verscharen在测量太阳风中湍流的行为时比较了两种常用的理论描述,即动力学理论与磁流体动力学(MHD)。 。动力学理论将太阳风视为快速移动的粒子的组成,并使用非常复杂的数学方法,在复杂的超级计算机上进行评估时需要很长时间。第二种描述,MHD,将太阳风视为一种流体,或更像一种气体,并且计算起来不那么复杂。令人惊讶的是,研究表明,MHD(模型计算速度更快)提供了更精确的预测。

Verscharen说:“我们的研究发现,使用哪种模型有很大的不同。” “我们发现,计算速度更快的MHD模型实际上可以捕获比预期更好的某些太阳风行为。这对于太阳风建模者来说是非常重要的结果,因为它可能基于第一原理证明MHD的应用是合理的和观察。”

为了证明他的理论,Verscharen从伦敦帝国理工学院的研究合著者Christopher Chen和伦敦大学学院的Robert Wicks收集了从WIND航天器获取的数据,该航天器目前正在太阳风中运转。将理论与实际的航天器数据进行比较后,研究小组发现,他们正在研究的干扰类型表现得更像是一种流体,而不是具有无碰撞粒子的动力学介质。这是出乎意料的,因为他们相信动力学理论在像太阳风这样稀薄或稀薄的气体中应该能更好地工作。

这一发现可能会为需要不断模拟太阳风的机构(如NASA)提供一种更有效的方式来预测太空天气。严酷的太空天气可能会导致卫星和通信故障,GPS丢失,断电,甚至可能对商业航空公司和太空飞行造成影响。为了预测太阳风等离子体和高能粒子可能对这些系统产生的影响,建模人员目前运行不同的计算机模拟并比较结果。Verscharen和他的团队认为,他们的发现可以帮助制定一套标准,以确定哪种类型的建模最适合他们在特定情况下的预测工作。

Verscharen说:“如果太阳风参数是某种方式,他们可以使用MHD建模,否则,可以更好地基于动力学理论进行模拟。” “它将只是提供一种更有效的方式来预测太空天气和太阳风。”

仍然不知道为什么太阳风的行为像流体一样。研究人员希望,未来的研究将确定在何种条件下可以将MHD建模为流体的太阳风,以及何时需要动力学模型。

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