研究人员调查行星内部的湍流

日期:2018-05-15 人气:5

左图:模拟位于受潮汐影响干扰的行星液体核心的立方地块。通过将电子分析的重点放在这个缩小的领域,研究人员已经进入类似于行星状态的制度。流动呈非线性相互作用的叠加波的形状,直到形成三维波惯性湍流(参见中心的垂直涡量场),与流动成为与旋转轴线对齐的较大尺度湍流结构的模型形成对比(见右侧垂直涡度场)。

em新的研究调查了流线的椭圆形变形与涡旋的组合,可能导致经由椭圆不稳定性的任何旋转流动的不稳定。这种机制被认为是受潮汐变形影响的行星核心中可能的湍流源。 / em

真正的高能粒子屏蔽,行星的磁场是由铁在液体核心中移动而产生的。然而,解释这个系统的主要模型并不适合最小的天体。法国国家海洋研究所,法国国家科学研究中心/艾克斯马赛大学/中央马赛研究所和利兹大学的研究人员提出了一种新模型,表明液态岩心中的湍流是由于天体之间的重力相互作用产生的潮汐造成的身体。该模型推断,不是由于远离表面的大的湍流铁水旋涡造成的,而是由于许多波浪型运动的叠加造成的。这项工作于2017年7月21日发表在“物理评论快报”上。

科学家们同意,由于液体核心中的铁流动,磁场形成并保持不变。当他们试图确定什么让这些庞大的群众移动时,讨论变得更加复杂。占主导地位的模式是基于天体缓慢冷却,这会导致对流,从而形成平行于天体旋转轴线的大型铁水涡旋。但是小行星和月球的冷却速度太快,磁场会在形成后数百亿年的对流中保持不变。 IRPHE(法国国家科学研究中心/艾克斯马赛大学/马赛中心)和利兹大学的研究人员现在已经提出了一种替代模型,它是扰动核心的天体之间的引力相互作用。

由这些重力相互作用产生的潮汐确实周期性地干扰了堆芯并放大了旋转铁液中自然存在的波动。这种现象最终会产生一种完全湍流,其性质尚未得到很好的理解。为了研究这一点,研究人员使用了一个小行星核心数字模型,而不是模拟整个核心,这需要太多的计算能力。这种方法可以很好地表征在极端地球物理体制中产生的运动,同时保留基本的物理特征。研究人员已经表明,湍流是永久交换能量的大量波动叠加的结果。这种称为波浪湍流的特定状态可以看作与海洋表面远离海岸的运动在三个维度上类似。

这项工作打开了新模型的路径,可以更好地理解和预测天体磁场的性质。这种潮汐模式适用于所有的轨道体,这些轨道体被相邻的恒星,行星或卫星充分干扰。

出版物:Thomas Le Reun等人,“由椭圆不稳定性驱动的惯性波湍流”,Phys。 Rev. Lett。 2017,119,034502; DOI:10.1103 / PhysRevLett.119.034502

来源:CNRS