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地球大气层不可见引力波传播过程  

2015-05-20 10:04:26|  分类: 科技前沿 |  标签: |举报 |字号 订阅

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  在地球上存在时刻传播但人肉眼不可见的引力波。就像朝平静的湖面投一颗石子会激起涟漪,引力波也会从低层大气受干扰处向太空传播涟漪。而现在美国国家大气研究中心(NCAR)研究人员发现了一种让引力波变得可见的方式,并创造了一段视频来展示它们向外传播的过程。


研究人员发现了一种让引力波变得可见的方式


  据NCAR高级科学家刘晗利(Hanli Liu)带领的科研小组表示,将引力波变可见的秘诀在于将NCAR研发的全大气层气候模型(WACCM)的分辨率增加到一定程度,也就是足够精细以至于可以在引力波还比较小的时候在它们的源头处接收到这种波。

  “我们从未看到过上层大气里引力波的完整图片,无论是从观测还是计算机仿真结果里,尽管我们怀疑它们可能起着非常重要的作用。”刘说道。“这是我们首次可以利用整个大气层的计算机模型捕捉到这些引力波。”

  研究小组创造了两个版本的模型。模型的标准版本只能模糊的看到引力波传播的现象,传播的范围不超过2000千米宽,同时无法看清任何小于200千米的东西。更高分辨率的版本则更清晰,可以看到比200千米还要小的东西。

  NCAR怀俄明超级计算中心(NCAR-Wyoming Supercomputing Center)的黄石系统的强大计算能力使得运行高分辨率的模型完全不成问题。在发表在期刊《地球物理研究通讯》上的研究里,刘和同事展示了更高分辨率版本模型的能力,它展示了引力波,例如澳大利亚东部热带气旋创造的引力波,在向上移动的过程中是如何增长的。


当引力波到达上层大气层时,引力波的振幅和长度已经增长到一层程度


  当引力波到达上层大气层时,引力波的振幅和长度已经增长到一层程度。它们可以在更大范围内主导大气过程,有的时候甚至威胁到基于地球的通信系统的可靠性。

  这个模型展示了在地球表面上方100千米的高空,最初的一个本地现象是如何逐渐延伸到整个太平洋地区。“在中层或者低层大气层,如果你没有看到引力波那也无所谓,”刘说道。“但在上层大气层情况则完全不一样。”

  上层大气层的湍流——它或可能会危害卫星、扰乱GPS读数甚至关闭无线电信号传输——常被认为源于太阳,太阳风暴会引起地球附近的地磁暴。但电离层,也就是容易受到这种空间天气影响的大气层上层,也会受到源于地球的扰乱的影响。

  当太阳风暴活动非常强烈时,科学家们很难区分这些产生于地球的干扰。但上一个太阳活动周期太阳相对平静的状态为科学家们提供了宝贵的机会,使得他们可以导向目标追踪那些从下方上升至电离层的扰乱,从而创造有关电离层里发生的过程的更完整图片。“当引力波朝电离层底部传播时,它们可能引发各种不稳定性,”刘说道。“如果你想要更好的理解空间天气,那么你需要具备这种建模能力。”


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