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。
越南战争的最大赢家是哪位 为什么不是美国
为此冷战时期,为了夺得东南亚的话语权,趁越南内部分裂不统一之时,美军向越南挑起了战争,美国本以为能够以绝对的实力碾压的越军,结果这场战役一打就是20年,在这里面除了越南人民的顽强御敌之外,还有中苏等国的援助,才让其能够打赢这场战斗,逼迫最后美军撤军,不过越南也是损失惨重,然而在这场战役中最大的赢家、胜利者不是越南也不是美国,而是这三个国家。
第一个就是泰国,泰国在漫长的越南战争前夕,本身情况就是跟越南半斤八两,国民生活也是不怎么富裕、经济发展非常低迷,但发生了越南战争之后,泰国得到了美国的各种援救之后,迅速发展起来了。
当年美国为了在泰国建设自己的军事基地,投入了大量的物力和财力,这一笔钱为泰国的经济腾飞奠定了基础,本身就一贫如洗的国家,就如同天上掉了馅饼一般,靠着美军,大力的发展经济和美国开展各项合作。
第二个就是韩国,当年越战时期,韩国联同美军一起出击过越南,而且本就没有经历过多少战火袭扰的它们,在战斗时将人性彻底的散发,甚至因为背靠美军的缘故,很多做法比日本还要残忍呢。
而为何韩国能够成功的崛起呢?据记载,美军为了让韩国一起协同作战,许诺了将近10亿美元给韩国作为军事经费,甚至当时美国的帐篷还有罐头等军需物品都是出自韩国的。
第三个新加坡,大家都知道这是一个国土面积非常小的国家,面积仅719.1平方公里,仅是东南亚的一个小岛国。
但是在越南战争期间,确是美军重要的战略后勤补给地,美军的多数补给线都是从新加坡开始的,因而该国也是靠着美军的强势入驻,迅速从一个经济落后的国家,大量的发展国民建设和经济建设,偷偷的发展了起来,成长为今天的“亚洲四小龙”是一个高度发达的国家。
由此看来,美军当年为了这场战斗,做足了很多的工作呢,也间接性的帮助了不少的国家成长。
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伊拉克战争期间美军伤亡人数多少 为什么说没有美国重蹈覆辙
这是继十多年前的海湾战争后,美军又一次取得的大规模压倒性军事胜利。
然而,萨达姆政权的垮台并未带来和平,对美军来说,噩梦刚刚开始。
美军占领伊拉克,点燃了一个随时随地都会爆炸的火药库,遍及伊拉克全境的各种派别势力的叛乱内战此起彼伏、愈演愈烈,美军成为他们的主要目标之一。
近九年的伊拉克战争中,美军死亡近4500千人,超过32,000人受伤,因各种暴力行为而死的伊拉克平民高达60多万。
伊拉克战争 从战争开始到叛乱高潮的2007年年初,可以说美军陷入了另一场「越南战争」。
美国根本无法按计划撤军,继续增兵也只能加剧叛乱和内战,并导致更多美军和伊拉克平民伤亡。
美军为什么在伊拉克泥足深陷?还是要从半个世纪前的越战说起。
为什么打不赢越战? 越战美军失败的原因有很多,比如白宫和五角大楼败招不断、糟糕的军队人事政策、强烈的反战情绪等。
越南战争 但从纯战争角度看,很长一段时期美国陆军对越战的理解是完全错误的。
美军面对的不是二战那样的总体战,也不是与正规军作战的朝鲜战争。
越战在本质上是一场严重受限的非常规战争,按照美军现在的定义,越战就是一场平叛战争。
平叛战争要想取胜,很关键的一点,是获取所在国人民的理解和支持。
二战以来,美军习惯凭借强大的火力打击摧毁敌人,然而越战是在民众周围展开的,游击队员和平民经常难分彼此。
路径依赖加上对战争的错误认知,美军在越南肆无忌惮地使用火力。
一个经典的例子,1名越南狙击手盯上4名美军后,陆军动用了3次近空支援,数次直升机火箭弹和超过1千发炮弹来解救他们。
美军的一个师长威廉•德普伊说道:「在越南,更多炸弹就是战争的终极答案。
」持有类似看法的指挥官还有很多。
美军对越南的轰炸 在越南美军一共投下了800万吨炸弹,一场局部战争的投弹量就超过了二战投弹量的总和。
不分军民的狂轰滥炸带来惊人的平民死亡(62万-200万之间)。
此外,美军还制造了针对平民的美莱村大屠杀等惨案。
所以,越南人民仇视美军,同情和支持游击队,故而越共游击队屡遭沉重打击,却总有源源不断的新生力量加入。
越战变成了一场美军看不到尽头的消耗战。
法国在越南、英国在马来西亚都有对付游击战的经验教训。
可惜,当时很多美军高级将领包括驻越美军司令威斯特摩兰「傲慢、缺乏想象力,道德和知识上十分有限」,根本就没理解平叛战争,也不想借鉴英法的经验。
驻越美军司令威斯特摩兰 越战后期,艾布拉姆斯将军上任后,采取了正确的平叛战略战术。
但美国人民早已厌倦越战,反战运动一浪高过一浪,当选总统后决定撤军。
由于伤亡惨烈、失败的人事政策等诸多原因,越战后期美军士气和纪律异常糟糕。
1971年12月离开越南的陆军士兵中,超过一半吸食过海洛因、鸦片和大麻。
1969-1971年,有800起士兵手榴弹袭击军官的案例。
臭名昭著的亚美利加师在一年内发生了5千多例军事法庭审判。
越战美军 越战结束后美国又开始大裁军,大批服役多年的军官和士官退役,导致人员素质更差,美国陆军坠入谷底。
锐意改革陆军重振,但越战教训仍被忽略 70年代主导美国陆军改革中最重要的一位就是前面提到的德普伊将军。
德普伊是一名参加了二战的老兵,正规作战的战术天才,在军中颇有威望。
在他看来,越战失败的原因之一是缺乏有效的战术训练。
德普伊将军 1973年,德普伊担任新成立的陆军训练与条令司令部的司令。
这是陆军首次将训练、条令和战术研究结合在一起,对陆军未来如何作战至关重要。
恰在此时,第四次中东战争爆发,德普伊有了一个好机会观察现代战争。
交战的双方分别是用美国武器的以色列军队、用苏联武器装备的叙利亚、埃及军队。
冷战开始后,美军就一直以苏联为最主要敌人,因此这场战争无疑是未来美国(北约)与苏联(华约)之间大规模战争的预演。
美军从战争中总结出了如下特点:力量均衡的多兵种合成部队,新式杀伤性武器的应用,训练对于战场获胜至关重要,大规模电子战等。
第四次中东战争,以军被击毁的坦克 此后,美国军队的改革大致按着上面几个方向推进。
德普伊将军最大的贡献就是强调严格的战术训练以保证军队能达到现代战争的要求。
看到这里,读者可能会问,这些和越战以及伊拉克战争有什么关系? 关键就在这里。
德普伊与斯塔里、戈尔曼等将领推动的改革,重新建立起陆军的自信,为美军应对大规模、高科技的常规战争打下良好基础,但他们似乎都彻底忘记了越南战争。
上述改革并未吸取越战的教训,除了提高训练水平外。
就连越战后期采取了成功平叛策略的艾布拉姆斯将军,也于1973年宣称「陆军将永远不再参与因镇压叛乱而引起的战争」。
同年,美国陆军军事学院取消了为期5周的「非常规战争」必修课。
艾布拉姆斯将军 另一个要害的问题是,德普伊将军过于强调战术训练,忽视了对高级指挥官创新思考和战略思维的培养。
德普伊改革的影响下,美国陆军造就出一批批战术素养优秀的军官。
他们担任营、旅级指挥官绰绰有余,但对更高级别的职务心有余而力不足。
这在90年代初的海湾战争中已初露端倪,但战争迅速结束掩盖了美军将领的内在缺陷。
非主流观念在军中遭打压 德普伊主导陆军之时,与他观点相左且比较有名的是约翰·库什曼。
越战时期,库什曼就采用过经典的平叛理论,效果颇佳。
他曾两次向美军司令威斯特摩兰推荐该理论,但后者「毫无反应,没有任何问题、探讨和好奇心」。
库什曼将军 70年代中期,库什曼担任陆军指挥与参谋学院(隶属于训练与条令司令部)院长,提出了自己对战争和军队的认识,严重地挑战了德普伊的权威。
简言之,德普伊教军官成为专业的战斗指挥官,库什曼激发军官主动深入地思考战争,丰富对军人职业的理解,为赢得复杂、战略性的长期胜利做好知识和心理上的准备。
从积极的角度看,两位将军的主张互为补充。
德普伊的训练较适合中低层军官,库什曼的方法论对准将以上的军官更有助益。
德普伊大权在握,不能接受异议。
德普伊和库什曼的观念冲突难以调和,后者被调往海外任职。
德普伊简单有效却容易僵化的理念主导了一个时代,陆军指挥与参谋学院是这个黑暗时代的一盏明灯。
库什曼离开后,这盏灯并未熄灭。
1983年,该学院成立了一个高级军事研究项目,旨在教授陆军精英军官跳出战术思考的窠臼,让他们从全局理解战争,学会适应和创新。
美国陆军指挥与参谋学院 项目的首批教官都拥有美国一流大学的硕士学位。
但项目主管清醒地认识到,在注重体魄和实践的军队里,知识分子的做派不能赢得尊敬。
因此教官们必须展示出自己的指挥能力,学员毕业后进入军队绝不要谈论和,而应强化身体训练,在战车停车场沾满油污,与士兵。
这个项目后来升格为高级军事研究学院,确实培养出了一批的优秀军官。
到2010年,学院有69名毕业生成为陆军将军,然而这个数量远不足以改变陆军高层的实质。
海湾战争中,有82名毕业生参加了进攻战斗,但随后的工作中却没有一人入选。
伊拉克战争中,对学院毕业生的使用率更低,而且他们制定的占领伊拉克计划也基本被放弃。
海湾战争美军 80年代,陆军请领导力方面的心理专家对新晋准将进行评估。
结果显示这些将军勤奋敬业,但在「灵活性评估上,也就是对问题作出创新性回答」,得分较低。
用退役陆军上校劳埃德·马修斯的话来说,这就是一支「适应能力差的高级军官队伍」。
冷战结束尤其进入新世纪后,美国的主要威胁从苏联变为一系列的区域性危机和恐怖袭击。
美军遭遇前所未有的挑战——错综复杂的地缘政治环境、异质的文化和信仰、信息的严重缺乏、不明确的打击目标等等。
1989年倒塌是冷战结束的一个标志 德普伊体系培养出来的将军能打赢一场战役,却不知道如何赢得或者结束一场非常规战争。
在美国最需要可以灵活应对复杂新局势的高级指挥官之时,陆军却只有能机械执行常规战术的「战争机器」。
伊拉克战争:美军再度迷失 驻伊美军前三任司令弗兰克斯、桑切斯和凯西,可以说是德普西改革以来陆军将领的代表。
他们喜欢打常规战争、参与战术策划,但也都头脑僵化,对于稳定伊拉克局势、平息叛乱毫无头绪,很多措施甚至适得其反。
伊战爆发前,弗兰克斯是2001年开始的阿富汗战争的美军司令。
在他的一次演讲上,有人问他:「阿富汗战争的目的是什么?」 他竟然从战术角度剖析这场战争,讨论美军如何克服洞穴恐惧症!「这是一个中士能给出的最佳答案,绝不该是将军的回答」。
弗兰克斯将军 美军对阿富汗战争的一份回顾报告,就指出弗兰克斯缺乏战争指挥能力、忽视制定长远目标。
这样一个不称职的将军居然被任命指挥伊战。
弗兰克斯有句名言——「我负责作战进攻,你们(白宫和五角大楼)负责给我扫尾」。
笔者不是说美国政府高层对伊战乱局没有重大责任,但驻伊司令、四星上将如此狭隘地理解战争,恰恰暴露出陆军注重战术培养带来的严重认知局限。
接替弗兰克斯的桑切斯更加无能。
当时,巴格达、巴士拉等许多城市袭击频仍,陷入全面混乱。
桑切斯喜欢微观管理,在战术和细节上指责下属,却不能提供战略方向,他手下的美军只好各自为战。
每个师对威胁有自己的评估方式,有自己的作战准则,这令辗转各地的军事观察员震惊不已,美军看上去像是在打几场彼此独立的战争。
桑切斯将军 伊拉克西部和北部的几支美军采用了强硬粗暴的措施,其中第4步兵师将数千名达到从军年龄的男性像罪犯一样关起来,以免他们参加叛乱。
这根本是火上浇油,不但令伊拉克平民敌视美军,而且真正的叛乱者和恐怖分子趁机混入监狱展开了有效的招募和培训。
非法拘捕在桑切斯任期内扩大化了,最终有1万多伊拉克平民被捕,按照美国情报专家的估计,超过85%的人不具有情报价值。
被临时拘捕的伊拉克平民 桑切斯领导无能、纵容粗暴乃至非法行为,陆军军纪恶化就不可避免了。
2004年,美军虐待伊拉克战俘事件浮出水面,全世界震惊,伊拉克局面随之更加失控。
桑切斯最终因为这个丑闻提前退役。
可笑的是,桑切斯在回忆录中,竟然因布什政府没晋升他为四星上将而。
2004年中期,乔治·凯西成为新任驻伊美军司令。
他比前两任明智些,也试图做得更好。
凯西对驻伊美军军官的调查表明,只有20%的军官知道如何指挥平叛行动。
可惜,凯西采取的一些措施起到了反作用。
平叛理论的一个重点是,军队要驻扎于贴近民众的小型前哨基地,可以了解民众并防止他们被叛乱分子控制。
凯西为了减少伤亡,将部队转移到大型基地中。
凯西将军 凯西任期内,美军针对平民的暴行比桑切斯时期更甚,这可能是叛乱更肆虐猖獗的原因。
2004年,叛军攻击美军26,496次,2005年则高达34,131次。
到2006年夏天时,巴格达的逊尼派已遭种族清洗,叛军每周会引爆1千枚路边炸弹,有两百万人逃离了伊拉克,伊拉克战争演变成了另一个越战泥潭。
被路边炸弹炸毁的悍马 「圈外人」彼得雷乌斯力挽狂澜 第四任驻伊美军司令彼得雷乌斯拥有普林斯顿大学的博士学位,在军中很扎眼,被陆军将领视为圈外人。
他能得到任命,缘于陆军之外的美国政府顾问的大力推荐。
彼得雷乌斯是越战专家,深入研究过(反)游击战。
2006年他主持编写了美军的《平叛》作战手册。
伊战内乱早期,彼得雷乌斯就曾指挥第101空降师,成功地缓解了伊拉克北部一省的局势。
彼得雷乌斯将军 彼得雷乌斯上任后,立刻招揽了一批理念相近的、陆军体系之外的军官。
他们改变了之前的做法,将军队调出大型基地,组建了几十个前哨巡逻基地,很多士兵甚至与当地民众一起生活。
彼得雷乌斯将「保护伊拉克民众」列为美军的首要任务,此前,历任司令都急于向伊拉克政府「移交防务」,但很明显,脆弱的伊拉克政府军,于战乱火海中,不能提供安全保障。
增兵伊拉克也是彼得雷乌斯成功的一个举措,要想保护叛乱中的民众,必须有足够兵力,而且衡量成功的标准不再是美军的而是伊拉克平民的伤亡数目。
受伤的伊拉克平民 彼得雷乌斯最冒险的手段是直接出钱贿赂叛军,让他们加入伊拉克政府军和警察队伍中,最终有10万名叛乱者改换阵营。
这一有效却也争议很大的措施,彼得雷乌斯先斩后奏,未向布什总统提前请求许可。
在安全巡逻、与部分叛军和解,打击反美武装之外,彼得雷乌斯还率领美军广泛地参与到伊拉克基础设施建设和经济发展的活动中。
种种努力之下,伊拉克局面迅速好转。
到2008年,首都巴格达和全国平民死亡人数都大幅下降,而美军摧毁了更多的叛乱分子及其据点。
伊拉克叛乱分子 奥巴马上台后,美军终于逐渐成功体面地撤出了伊拉克。
伊拉克战争没有彻底沦为美军的另一场越战,彼得雷乌斯居功至伟。
然而「战争永远是赌博,是未知的冒险」,对它的探索和实践永无止境。
伊拉克战争中力挽狂澜的彼得雷乌斯,却没能解决美军在阿富汗的困境。
时至今日,阿富汗依然是一座「帝国的坟墓」。
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