太阳磁场的起源可能靠近其表面
复杂的线条叠加可以让科学家了解太阳的磁性
【菜科解读】
这幅图描绘了美国国家航空航天局太阳动力学观测站拍摄的太阳磁场。
复杂的线条叠加可以让科学家了解太阳的磁性是如何随着太阳内外的不断运动而变化的。
来源：uux.cn/NASA/SDO/AIA/LMSAL
（神秘的地球uux.cn）据麻省理工学院：太阳表面是由太阳磁场驱动的太阳黑子和耀斑的精彩展示，太阳磁场是通过一个称为发电机作用的过程在内部产生的。
天体物理学家认为，太阳场是在恒星深处产生的。
但麻省理工学院的一项研究发现，太阳的活动可能是由一个浅得多的过程形成的。
在《自然》杂志上发表的一篇论文中，麻省理工学院、爱丁堡大学和其他地方的研究人员发现，太阳磁场可能是由太阳最外层的不稳定性引起的。
该团队生成了一个精确的太阳表面模型，发现当他们模拟太阳顶部5-10%内的某些扰动或等离子体（电离气体）流动的变化时，这些表面变化足以产生真实的磁场模式，其特征与天文学家在太阳上观察到的相似。
相比之下，他们在更深层次的模拟产生了不太真实的太阳活动。
研究结果表明，太阳黑子和耀斑可能是浅磁场的产物，而不是科学家们在很大程度上假设的起源于太阳深处的磁场。
麻省理工学院数学系的研究科学家、研究作者基顿·伯恩斯说：“我们在看太阳时看到的特征，比如许多人在最近的日食、太阳黑子和太阳耀斑中看到的日冕，都与太阳磁场有关。
”。
“我们表明，远离深层的太阳表面附近的孤立扰动可以随着时间的推移而增长，从而有可能产生我们所看到的磁结构。
”
如果太阳的磁场确实来自最外层，这可能会让科学家有更好的机会预测有可能破坏卫星和电信系统的耀斑和地磁暴。
“我们知道发电机就像一个巨大的时钟，有许多复杂的相互作用的部分，”合著者、爱丁堡大学的研究员杰弗里·瓦西尔说。
“但我们不知道其中的许多部分，也不知道它们是如何结合在一起的。
这种关于太阳能发电机如何启动的新想法对理解和预测它至关重要。
”
该研究的合著者还包括西北大学的Daniel Lecoanet和Kyle Augustson，贝茨学院的Jeffrey Oishi，科罗拉多大学博尔德分校的Benjamin Brown和Keith Julien，以及加州大学圣克鲁斯分校的Nicholas Brummell。
流动区
太阳是一个炽热的等离子体球，在其表面沸腾。
这个沸腾区域被称为“对流区”，等离子体层和羽流在这里翻滚和流动。
对流区包括太阳半径的顶部三分之一，在地表以下延伸约20万公里。
Burns解释道：“如何启动发电机的一个基本想法是，你需要一个有大量等离子体经过其他等离子体的区域，剪切运动将动能转化为磁能。
”。
“人们曾认为，太阳的磁场是由对流区最底部的运动产生的。
”
为了确定太阳磁场的确切来源，其他科学家使用了大型三维模拟，试图求解太阳内部许多层的等离子体流动。
伯恩斯说：“这些模拟需要在国家超级计算设施上花费数百万小时，但它们产生的湍流仍然远不如实际的太阳。
”。
Burns和他的同事们想知道，研究表面附近等离子体流的稳定性是否足以解释发电机过程的起源，而不是模拟整个太阳体内等离子体的复杂流动。
为了探索这一想法，该团队首先使用了“日震学”领域的数据，科学家们利用观测到的太阳表面振动来确定表面下等离子体的平均结构和流动。
Burns说：“如果你拍一段鼓的视频，观察它是如何以慢动作振动的，你就可以从振动模式中计算出鼓头的形状和刚度。
”。
“同样，我们可以利用我们在太阳表面看到的振动来推断内部的平均结构。
”
太阳能洋葱
在他们的新研究中，研究人员从太阳地震观测中收集了太阳结构的模型。
Burns解释道：“这些平均流量看起来有点像洋葱，不同的等离子体层相互旋转。
”。
“然后我们问：等离子体流中是否存在扰动或微小变化，我们可以将其叠加在这个平均结构的顶部，这可能会导致太阳磁场的产生？”
为了寻找这种模式，该团队利用了Dedalus项目——Burns开发的一个数字框架，可以高精度模拟多种类型的流体流动。
该代码已应用于广泛的问题，从单个细胞内的动力学建模，到海洋和大气环流。
Burns说：“我的合作者多年来一直在思考太阳磁性问题，Dedalus的能力现在已经到了我们可以解决的地步。
”。
该团队开发了算法，并将其纳入Dedalus中，以发现太阳平均表面流量的自增强变化。
该算法发现了新的模式，这些模式可能会增长并导致现实的太阳活动。
特别是，该团队发现了与自1612年伽利略以来天文学家观测到的太阳黑子的位置和时间尺度相匹配的模式。
太阳黑子是太阳表面的瞬态特征，被认为是由太阳磁场形成的。
这些相对较冷的区域与太阳其他炽热表面相比，看起来像是黑点。
天文学家长期以来一直观察到，太阳黑子以周期性的模式出现，每11年增长和消退一次，通常围绕赤道而不是两极。
在该团队的模拟中，他们发现等离子体流的某些变化，仅在太阳表层的顶部5-10%内，就足以在相同区域产生磁结构。
相比之下，更深层次的变化会产生不太现实的太阳场，这些太阳场集中在两极附近，而不是赤道附近。
该团队的动机是更仔细地观察表面附近的流动模式，因为那里的条件类似于完全不同系统中的不稳定等离子体流动：黑洞周围的吸积盘。
吸积盘是由气体和恒星尘埃组成的巨大圆盘，在“磁旋转不稳定性”的驱动下向黑洞旋转，这会在气流中产生湍流并导致其向内坠落。
Burns和他的同事怀疑，太阳中也存在类似的现象，太阳最外层的磁旋转不稳定性可能是产生太阳磁场的第一步。
“我认为这个结果可能会引起争议，”他说。
“社区的大多数人都专注于在太阳深处寻找发电机的活动。
现在我们正在证明，有一种不同的机制似乎更符合观测结果。
”
Burns说，该团队正在继续研究新的表面场模式是否能产生单个太阳黑子和整个11年的太阳周期。
一种降低在月球上丢失太阳能漫游车风险的新方法
大多数用于太阳能供电的长距离导线规划算法没有主动考虑可能的导航延迟。
在这里，虚白色路径显示了一个计划，该计划将PSR内的漫游车尽快引向阳光，但它对可能的延迟没有弹性，这种延迟将导致漫游车落后于计划，并错过关键的太阳能充电事件。
另一方面，主动考虑延迟 蓝线的规划策略将使漫游车走上潜在的更长但更安全的轨迹。
鸣谢:uux.cn/背景图像和蝰蛇漫游者渲染:美国宇航局和亚利桑那州立大学。
据美国物理学家组织网（英格丽德·法德利）：美国宇航局和世界各地的其他太空机构定期向太空发送机器人和自动飞行器，以探索太阳系中的行星和其他天体。
这些任务可以大大提高我们对太阳系其他地方的环境和资源的了解。
多伦多大学航空航天研究所和美国宇航局喷气推进实验室 JPL的研究人员最近进行了一项研究，探索可以提高使用太阳能漫游车进行月球探索的有效性和成功率的回收策略。
他们的论文预先发表在arXiv上，介绍了一种新的方法，可以帮助太阳能漫游车安全地离开月球上永久的阴影区域。
领导这项研究的研究员Opvier Lamarre告诉Phys.org:近年来，几个国家已经表示对探索月球南极感兴趣，包括美国、中国、印度、俄国和其他国家。
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他们中的大多数人计划使用太阳能漫游车来探索经常处于阴影中的区域 称为永久阴影区，或PSRs，我们怀疑这些区域可能包含大量的水冰。
可以想象，用太阳能漫游车进入PSR是一项冒险的尝试！如果漫游车因故障而延迟，它可能无法在能量耗尽前回到阳光中。
太阳能漫游车在能效方面有许多优势，但它们受到依赖太阳光运行的限制。
由于月球上的一些区域永久处于阴影中，漫游者对阳光的依赖可能会阻止他们安全地探索然后离开这些区域，导致他们在执行任务时耗尽能量。
拉马尔和他的同事最近工作的一个关键目标是量化失去太阳能漫游车的概率，因为他们正在探索月球上的这些阴影区域。
此外，该小组希望设计一种方法，帮助最大限度地提高太阳能漫游车安全完成任务的概率。
首先，我们需要定义太阳能漫游车在月球南极‘安全’意味着什么，拉马尔解释道。
为了做到这一点，我们关注漫游车在什么地方、什么时间离开PSR，以及它的电池还剩多少能量。
这表明了漫游车在下一段任务之前是否可以在原地冬眠 因此，在那之前保持安全。
然后，我们计算一种在线遍历规划方法，漫游车可以从任何起始状态 包括PSRs内部开始遵循该方法，以最大化其生存概率。
拉马尔及其同事概述的规划方法被称为恢复政策，因为它本质上是一种后备策略，允许漫游车最大限度地增加到达安全的机会 即阳光将到达的区域，为其电池充电。
在他们的论文中，研究人员表明，在这种情况下计算这种复苏政策可能具有挑战性，因为它需要几个近似值，如果非常不正确，可能会影响整体预测的可靠性。
例如，时间是我们状态空间的连续维度，需要离散化，拉马尔说。
我们需要确保这种近似/离散化不会危险地扭曲对故障概率的预测。
在月球南极，太阳光照是高度动态的；附近的山脉和环形山可能会在地表投下巨大的阴影。
如果与 近似政策假设相比，漫游者稍微落后于计划，它可能会错过关键的太阳能充电期。
如果比政策设想的提前一点，也是如此。
由于这些时间近似值极大地影响了太阳能漫游车回收政策的可靠性，拉马尔和他的同事们保持了高度保守。
这最终将失败的风险降至最低，同时增加了该策略在现实任务中保持安全的可能性。
我们认为这种方法在许多方面都是有用的，拉马尔说。
首先，它代表着向远程自主移动规划算法迈出了一步，该算法主动考虑 或‘推理’太阳能漫游车的风险。
此外，我们的技术可以成为人类操作员在月球南极制定新的月球车任务的有用工具 它可以用于着陆点选择、全球遍历规划和风险预测等，甚至可以通过地面回路操作支持正在进行的任务。
在未来，这个研究小组引入的回收政策可以应用于月球上的真实世界探索任务，以降低在阴影区域丢失太阳能漫游车的风险。
由于最近的研究是与美国宇航局的JPL合作进行的，这种方法很快就可以在各种现实的月球场景中进行测试。
到目前为止，我们使用Cabeus环形山的轨道数据测试了我们的方法，但我们希望使用美国宇航局定制的太阳照明地图，并将我们的技术应用于月球南极的许多其他区域，这些区域有一天将被机器人或载人任务访问，如Shackleton，Faustini，Nobile，Haworth和Shoemaker环形山，Lamarre补充道。
此外，我们目前正在研究新一代风险预测远程导航算法，用于利用太阳能漫游车探索月球南极。
月球，太阳系中第五大行星地球卫星
例如在我们民间最有名是嫦娥奔月，这个神话故事一直流芳百世。
许多科学家一直在探索其中奥秘，，最终在1969年时候宇航员终于登上了月亮，开启了对外空世界新的探索篇章。
月球简介图片中就是我们地球的卫星，这是太阳系中第五大行星。
月球直径是地球的四分之一，质量是地球的八十一分之一，距离地球有38万千米，其质量在太阳系中最大，对于月球形成，一些科学家推测可能是在45亿年前。
在月球表面有阴暗和明亮区域，亮区是高地，称为月陆;暗区是平原，称为月海。
月球的表面被巨大的玄武岩层所覆盖，除了玄武岩构造，月球的阴暗区，还存在其他火山特征。
大部分月球火山的年龄在30-40亿年之间;典型的阴暗区平原，年龄为35亿年;最年轻的月球火山也有1亿年的历史。
月食现象是指当月球行至地球的阴影后时，太阳光被地球遮住。
月食现象可分为月偏食、月全食两种，当月球只有部分进入地球的本影时，就会出现月偏食;而当整个月球进入地球的本影之时，就会出现月全食。
人类登月在1969年7月时候，美国阿波罗载着三位宇航员成功登上了月球，这是人类历史上首次出现。
直到今天，月球上一共插上了6面美国国旗。
据有关报道，在美国登陆月球之后看到了外星人的采矿器和一些外星飞船。
在2013年中国嫦娥三号机器人首次登陆了月球，圆了国人多年的探月梦。
接下来重点就是嫦娥四号选择是难度极大的月球背面登陆，希望中国嫦娥四号能成功发射，能成功着陆月球背面，成功向地球人类送回珍贵的月球数据。
