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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(bào)道）據(jù)cnBeta：解開圍繞年輕恒星旋轉(zhuǎn)的稀薄氣體盤的一個(gè)長期之謎的關(guān)鍵是：極少數(shù)帶電粒子的運(yùn)動(dòng)。這是系內(nèi)旋轉(zhuǎn)根據(jù)加州理工學(xué)院(Caltech)的一項(xiàng)新研究。這些旋轉(zhuǎn)的部的不快西安未央?yún)^(qū)找酒店上門(同城酒店上門)崴信159-8298-6630提供外圍女小姐上門服務(wù)快速安排面到付款氣體盤--被稱為吸積盤，持續(xù)數(shù)千萬年，速度是太陽太陽系進(jìn)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(gè)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?yàn)檫@些盤中的太陽氣體向恒星緩慢地旋轉(zhuǎn)著。
天體物理學(xué)家很久以前就認(rèn)識(shí)到，系內(nèi)旋轉(zhuǎn)當(dāng)這種向內(nèi)的部的不快旋轉(zhuǎn)發(fā)生時(shí)，根據(jù)角動(dòng)量守恒定律，速度西安未央?yún)^(qū)找酒店上門(同城酒店上門)崴信159-8298-6630提供外圍女小姐上門服務(wù)快速安排面到付款它應(yīng)該會(huì)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(dòng)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(yùn)動(dòng)員：當(dāng)他們的手臂伸出來時(shí)，他們旋轉(zhuǎn)得很慢，但當(dāng)他們把手臂縮進(jìn)去時(shí)，他們旋轉(zhuǎn)得越來越快。
角動(dòng)量守恒定律指出，一個(gè)系統(tǒng)中的角動(dòng)量保持不變，角動(dòng)量跟速度乘以半徑成正比。因此，如果滑冰運(yùn)動(dòng)員的半徑減少--因?yàn)樗麄儼咽直劾M(jìn)去了，那么保持角動(dòng)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(yùn)動(dòng)類似于滑冰運(yùn)動(dòng)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(cè)確實(shí)表明，吸積盤的內(nèi)部確實(shí)旋轉(zhuǎn)得更快。然而奇怪的是，它并沒有像角動(dòng)量守恒定律所預(yù)測(cè)的那樣快速旋轉(zhuǎn)。
科學(xué)家們多年來對(duì)吸積盤角動(dòng)量不守恒的原因進(jìn)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(huì)使內(nèi)部區(qū)域減速。然計(jì)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(chǎng)會(huì)導(dǎo)致一種被稱為“磁動(dòng)不穩(wěn)定性”的現(xiàn)象，進(jìn)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(dān)心，”加州理工學(xué)院應(yīng)用物理學(xué)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(gè)很大的山寨產(chǎn)業(yè)，認(rèn)為湍流是擺脫吸積盤中角動(dòng)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(gè)原子、電子和離子的軌跡來研究這個(gè)問題。他的目標(biāo)是確定氣體中的單個(gè)粒子在相互碰撞時(shí)是如何表現(xiàn)的及它們?cè)谂鲎仓g是如何運(yùn)動(dòng)的，從而來觀察角動(dòng)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(shí)受到重力和磁場(chǎng)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(gè)講座，在該課程中，他學(xué)會(huì)了如何在分子相互碰撞時(shí)創(chuàng)建模擬以產(chǎn)生普通氣體中速度的隨機(jī)分布。“我在講座后找到了Paul，我們進(jìn)行了討論并最終決定，模擬可能被擴(kuò)展到帶電粒子跟中性粒子在磁場(chǎng)和引力場(chǎng)中的碰撞，”Zhang說道。
最終，Bellan和Zhang創(chuàng)建了一個(gè)旋轉(zhuǎn)的、超薄的、虛擬吸積盤的計(jì)算機(jī)模型。這個(gè)模擬盤包含了大約40,000個(gè)中性粒子和大約1,000個(gè)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(chǎng)的影響。Bellan表示：“這個(gè)模型有恰到好處的細(xì)節(jié)來捕捉所有的基本特因?yàn)樗銐虼螅憩F(xiàn)得就像數(shù)萬億的中性粒子、電子和離子在磁場(chǎng)中圍繞恒星的碰撞。”
計(jì)算機(jī)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(fù)電的粒子（電子）則向外螺旋式上升到邊緣。與此同時(shí)，中性粒子失去角動(dòng)量--像帶正電的離子一樣--向內(nèi)旋向中心。
對(duì)亞原子層面的基礎(chǔ)物理學(xué)的仔細(xì)分析--特別是帶電粒子和磁場(chǎng)之間的相互作用--表明角動(dòng)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(dòng)量”的東西確實(shí)守恒。
經(jīng)典角動(dòng)量是原來的普通角動(dòng)量加上一個(gè)取決于粒子上的電荷和磁場(chǎng)的額外數(shù)量之和。對(duì)于中性粒子來說，普通角動(dòng)量和典范角動(dòng)量之間沒有區(qū)別，所以擔(dān)心典范角動(dòng)量是不必要的復(fù)雜。但對(duì)于帶電粒子--陽離子和電子--典范角動(dòng)量跟普通角動(dòng)量非常不同，因?yàn)轭~外的磁量非常大。
由于電子是負(fù)的，陽離子是正的，離子的內(nèi)向運(yùn)動(dòng)和電子的外向運(yùn)動(dòng)--由碰撞引起--增加了兩者的典范角動(dòng)量。中性粒子由于跟帶電粒子的碰撞而失去角動(dòng)量并向內(nèi)運(yùn)動(dòng)，這平衡了帶電粒子典范角動(dòng)量的增加。
Bellan指出，這是一個(gè)很小的區(qū)別，但在整個(gè)太陽系范圍內(nèi)卻產(chǎn)生了巨大的差異，他認(rèn)為這種微妙的核算滿足了整個(gè)圓盤中所有粒子之和的典范角動(dòng)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(dòng)量的損失。
此外，Bellan指出，陽離子的內(nèi)向運(yùn)動(dòng)和電子的外向運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致圓盤成為類似于一個(gè)巨大的電池，其正極靠近圓盤中心，負(fù)極位于圓盤邊緣。這樣的電池將驅(qū)動(dòng)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(dòng)力，而這些噴流會(huì)從盤中沿盤軸的兩個(gè)方向射出。事實(shí)上，一個(gè)多世紀(jì)以來，天文學(xué)家一直在觀察噴流，而且已經(jīng)知道跟吸積盤有關(guān)，但對(duì)于它們背后的力量長期以來卻一直是個(gè)謎。