新技術精確模擬銀河系星際湍流

科技日報北京5月13日電 （記者張夢然）加拿大多倫多大學、美國普林斯頓大學、澳大利亞國立大學的聯合團隊展開合作，開發出一種創新的計算機模擬技術，能以前所未有的高精度和大尺度深入探索星際介質（ISM）中的磁力和湍流。ISM是充滿銀河系恆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、恆星形成和宇宙射線傳播等天體物理現象提供新的見解。相關研究成果發表於最新一期《自然·天文學》雜誌。

無論是在星系間、星系內、太陽系內，還是在日常生活中，湍流的表現都驚人地相似，這種一致性具有極大的科學吸引力。天體物理環境中的湍流與地球上的湍流略有所區別，其中的關鍵區別在於磁場的存在，這從根本上改變了湍流的性質。在星際空間中，粒子數量遠少於地球上真空實驗中的粒子，但它們的運動足以產生磁場。

銀河系磁場的強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中最強大的，它的運行依賴於德國萊布尼茨超級計算中心的SuperMUC-NG超級計算機。它正挑戰着人們對磁化湍流如何在天體物理環境中運作的理解。

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

新模型除了具有更高的分辨率和可擴展性，還能模擬ISM密度的動態變化，這是以往模型所未能考慮的。團隊利用從太陽—地球系統觀測的數據來測試模擬結果，取得了良好的匹配。這意味着通過模擬就可更好地瞭解太空天氣及其對地球的影響。

湍流普遍存在於星際、大氣、海洋、江河等自然現象和飛行器尾流、燃燒器燃燒等工程現象中。湍流問題是力學中一個複雜的問題，足夠人們終其一生去研究。天體物理環境中的湍流與地球上的湍流略有區別，關鍵在於磁場。藉助超級計算機的計算能力，科研人員開發出一種模擬技術，能以更高分辨率對星際介質中的磁力和湍流進行觀察。這種模型讓我們瞭解磁場如何引導氣體流動、影響恆星誕生，並更加清楚如太陽風暴之類的宇宙天氣對地球的影響。