济南白癜风医院 http://pf.39.net/bdfyy/bdfyc/190326/6997155.html

宇宙具有很强的磁性，从恒星到行星，再到星系，都有自己的磁场。长期以来天体物理学家一直对这些令人惊讶的强大和长寿的领域感到困惑，理论和仿真都在寻找解释他们这一代人的机制。利用世界上最强大的激光设备之一，由芝加哥大学的科学家们领导的研究小组通过实验证实了宇宙磁场产生的最流行的理论之一：湍流发电机。研究人员通过制造一种能持续几十亿分之一秒的热湍流等离子体，记录了湍流运动如何将弱磁场放大到太阳、遥远恒星和星系中观测到的强度。本周发表在《NatureCommunications》上的这篇论文是对一个理论的首次实验室演示，解释了无数宇宙天体的磁场，物理学家争论了近一个世纪。

在阿尔贡国家实验室的Mira超级计算机上进行了三维辐射磁水动力学模拟实验。这些数值表明湍流发电机对种子磁场有很强的放大作用。图片版权：PetrosTzeferacos/UniversityofChicago

在UChicago的计算科学的FLASH中心开发的FLASH物理模拟代码中，研究人员设计了一个在纽约罗彻斯特的OMEGA激光设备上进行的实验，以再现湍流的发电机条件。经过几十年的数值模拟，实验表明湍流的等离子体可以极大地增强弱磁场，达到天文学家观测到的恒星和星系的强度。研究助理教授、闪电中心副主任PetrosTzeferacos说：湍流发电机确实存在，而且它是能够解释宇宙磁化的机制之一，这是我们希望我们知道的事情，但现在终于知道了。机械发电机通过磁场旋转线圈产生电流。在天体物理学中，发电机理论提出了相反的观点:电传导流体的运动创造并维持了磁场。在20世纪早期物理学家约瑟夫·拉莫尔提出，这种机制可以解释地球和太阳的磁性，激发了数十年的科学辩论和探索。

虽然数值模拟表明湍流等离子体可以在恒星、行星和星系的范围内产生磁场，但在实验室中制造出湍流的发电机则要困难得多。证实这一理论需要在极高的温度和温度下产生等离子体，从而产生足够的湍流来折叠、拉伸和放大磁场。为了设计一个能创造这些条件的实验，位于芝加哥大学和牛津大学的Tzeferacos和他的同事们在Argonne国家实验室的Mira超级计算机上进行了数百次的三维模拟。最后的装置包括用强大的激光发射两枚大小不一的箔片，通过栅格将两束等离子体推进，并相互碰撞，形成湍流的流体运动。

唐纳德·拉姆说：人们梦想用激光做这个实验已经很长时间了，但这确实需要这个团队的聪明才智来实现这一目标（他是罗伯特·a·米恩坎(Roberta.Millikan)杰出服务教授，他是天文学和天体物理学的荣誉退休教授，也是Flash中心的主任）这是一个巨大的突破。研究小组还使用了FLASH模拟技术，开发了两种独立的方法来测量等离子体产生的磁场:质子射线照相法，这是最近一篇来自闪光组和偏振光的论文的主题，基于天文学家如何测量远距离物体的磁场。这两项测量都记录了磁场从微弱的初始状态到超过千高斯(比高分辨率的核磁共振扫描仪更强，比地球磁场强一百万倍)的增长。

芝加哥大学的天文学和天体物理学教授,论文的合著者Fausto说：这项工作打开了机会来验证实验想法和概念对磁场的起源提出了宇宙中，理论上研究了大半个世纪。现在，科学家们可以在实验室里制造出一种湍流的发电机。科学家们可以探索其功能的更深层次的问题：磁场的强度有多快地增加？这个领域能有多强?磁场如何改变放大它的湍流？拥有完善的理论是一回事，但在一个可控的实验室环境中可以对正在发生的事情进行各种各样的测量，这是另一回事。既然我们能做到这一点就可以去探测它。

知识：科学无国界，博科园-科学科普参考：NatureCommunications内容：经“博科园”判定符合今主流科学来自：芝加哥大学编译：中子星审校：博科园解答：本文知识疑问可于评论区留言传播：博科园