為什么太陽系內(nèi)部的旋轉(zhuǎn)速度不快？
為什么太陽系內(nèi)部的旋轉(zhuǎn)速度不快？
（神秘的地球uux.cn報道）據(jù)cnBeta：解開圍繞年輕恒星旋轉(zhuǎn)的稀薄氣體盤的一個長期之謎的關(guān)鍵是：極少數(shù)帶電粒子的運動。這是系內(nèi)旋轉(zhuǎn)根據(jù)加州理工學院(Caltech)的一項新研究。這些旋轉(zhuǎn)的部的不快成都溫江（外圍經(jīng)紀人）外圍服務(wù)vx《189-4143》提供外圍女上門服務(wù)快速選照片快速安排不收定金面到付款30分鐘可到達氣體盤--被稱為吸積盤，持續(xù)數(shù)千萬年，速度是太陽太陽系進化的早期階段。
它們包含了它們所圍繞的系內(nèi)旋轉(zhuǎn)恒星質(zhì)量的一小部分，想象一下一個和太陽系一樣大的部的不快土星環(huán)。它們被稱為吸積盤，速度因為這些盤中的太陽氣體向恒星緩慢地旋轉(zhuǎn)著。
天體物理學家很久以前就認識到，系內(nèi)旋轉(zhuǎn)當這種向內(nèi)的部的不快旋轉(zhuǎn)發(fā)生時，根據(jù)角動量守恒定律，速度成都溫江（外圍經(jīng)紀人）外圍服務(wù)vx《189-4143》提供外圍女上門服務(wù)快速選照片快速安排不收定金面到付款30分鐘可到達它應(yīng)該會導(dǎo)致吸積盤的太陽徑向內(nèi)部部分旋轉(zhuǎn)得越來越快。為了理解角動量守恒的系內(nèi)旋轉(zhuǎn)基本思想，這里可以想一想旋轉(zhuǎn)的部的不快花樣滑冰運動員：當他們的手臂伸出來時，他們旋轉(zhuǎn)得很慢，但當他們把手臂縮進去時，他們旋轉(zhuǎn)得越來越快。
角動量守恒定律指出，一個系統(tǒng)中的角動量保持不變，角動量跟速度乘以半徑成正比。因此，如果滑冰運動員的半徑減少--因為他們把手臂拉進去了，那么保持角動量不變的唯一方法就是增加旋轉(zhuǎn)速度。
吸積盤向內(nèi)的螺旋運動類似于滑冰運動員將手臂拉入，因此，吸積盤的內(nèi)部應(yīng)該旋轉(zhuǎn)得更快。天文觀測確實表明，吸積盤的內(nèi)部確實旋轉(zhuǎn)得更快。然而奇怪的是，它并沒有像角動量守恒定律所預(yù)測的那樣快速旋轉(zhuǎn)。
科學家們多年來對吸積盤角動量不守恒的原因進行了許多可能的解釋。一些人假設(shè)，吸積盤內(nèi)部和外部旋轉(zhuǎn)部分之間的摩擦可能會使內(nèi)部區(qū)域減速。然計算表明，吸積盤的內(nèi)部摩擦力非常小。根據(jù)主導(dǎo)電流假說，磁場會導(dǎo)致一種被稱為“磁動不穩(wěn)定性”的現(xiàn)象，進而導(dǎo)致產(chǎn)生磁湍流和氣體--有效地形成摩擦從而使向內(nèi)旋轉(zhuǎn)的氣體的旋轉(zhuǎn)速度變慢。
“這讓我擔心，”加州理工學院應(yīng)用物理學教授Paul Bellan說道，“人們總是想把他們不理解的現(xiàn)象歸咎于湍流。現(xiàn)在有一個很大的山寨產(chǎn)業(yè)，認為湍流是擺脫吸積盤中角動量的原因。”
十幾年前，Bellan開始通過分析構(gòu)成吸積盤的氣體中單個原子、電子和離子的軌跡來研究這個問題。他的目標是確定氣體中的單個粒子在相互碰撞時是如何表現(xiàn)的及它們在碰撞之間是如何運動的，從而來觀察角動量損失是否可以在不引用湍流的情況下得到解釋。
正如他多年來在一系列專注于“第一原理”的論文和講座中所解釋的那樣--吸積盤組成部分的基本行為--帶電粒子（即電子和離子）同時受到重力和磁場的影響，而中性原子只受到重力的影響。他懷疑，這種差異是關(guān)鍵。
Caltech的研究生Yang Zhang參加了其中的一個講座，在該課程中，他學會了如何在分子相互碰撞時創(chuàng)建模擬以產(chǎn)生普通氣體中速度的隨機分布。“我在講座后找到了Paul，我們進行了討論并最終決定，模擬可能被擴展到帶電粒子跟中性粒子在磁場和引力場中的碰撞，”Zhang說道。
最終，Bellan和Zhang創(chuàng)建了一個旋轉(zhuǎn)的、超薄的、虛擬吸積盤的計算機模型。這個模擬盤包含了大約40,000個中性粒子和大約1,000個帶電粒子，它們可以相互碰撞，而且該模型還考慮了重力和磁場的影響。Bellan表示：“這個模型有恰到好處的細節(jié)來捕捉所有的基本特因為它足夠大，表現(xiàn)得就像數(shù)萬億的中性粒子、電子和離子在磁場中圍繞恒星的碰撞。”
計算機模擬顯示，中性原子和數(shù)量少得多的帶電粒子之間的碰撞將導(dǎo)致帶正電的離子或陽離子向盤的中心螺旋式上升，而帶負電的粒子（電子）則向外螺旋式上升到邊緣。與此同時，中性粒子失去角動量--像帶正電的離子一樣--向內(nèi)旋向中心。
對亞原子層面的基礎(chǔ)物理學的仔細分析--特別是帶電粒子和磁場之間的相互作用--表明角動量在經(jīng)典意義上是不守恒的，盡管某種被稱為“經(jīng)典角動量”的東西確實守恒。
經(jīng)典角動量是原來的普通角動量加上一個取決于粒子上的電荷和磁場的額外數(shù)量之和。對于中性粒子來說，普通角動量和典范角動量之間沒有區(qū)別，所以擔心典范角動量是不必要的復(fù)雜。但對于帶電粒子--陽離子和電子--典范角動量跟普通角動量非常不同，因為額外的磁量非常大。
由于電子是負的，陽離子是正的，離子的內(nèi)向運動和電子的外向運動--由碰撞引起--增加了兩者的典范角動量。中性粒子由于跟帶電粒子的碰撞而失去角動量并向內(nèi)運動，這平衡了帶電粒子典范角動量的增加。
Bellan指出，這是一個很小的區(qū)別，但在整個太陽系范圍內(nèi)卻產(chǎn)生了巨大的差異，他認為這種微妙的核算滿足了整個圓盤中所有粒子之和的典范角動量守恒定律，只有約十億分之一的粒子需要帶電才能解釋觀察到的中性粒子角動量的損失。
此外，Bellan指出，陽離子的內(nèi)向運動和電子的外向運動導(dǎo)致圓盤成為類似于一個巨大的電池，其正極靠近圓盤中心，負極位于圓盤邊緣。這樣的電池將驅(qū)動電流從圓盤的平面上方和下方流走。這些電流將為天體物理噴流提供動力，而這些噴流會從盤中沿盤軸的兩個方向射出。事實上，一個多世紀以來，天文學家一直在觀察噴流，而且已經(jīng)知道跟吸積盤有關(guān)，但對于它們背后的力量長期以來卻一直是個謎。 |
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