計算機模擬提供即將到來的日全食預覽

來自預測科學公司(PSI)的一個研究團隊使用了德克薩斯大學奧斯汀分校(University of Texas)德克薩斯州高級計算中心(TACC)的stam行人超級計算機，來預測即將到來的日食期間太陽的日冕。這一發現揭示了8月21日太陽的月食在美國大部分地區都可以看到的情況在14個州追蹤一個70英里寬的樂隊。除了稀有，日蝕幫助天文學家更好地了解太陽的結構、內部工作原理以及它產生的空間天氣。

研究人員完成了一系列高度詳細的太陽模擬，時間是在日食的時刻，使用TACC的stam行人，在聖地亞哥超級計算機中心，和NASA的昴宿星團超級計算機。他們模擬了太陽的表面，並預測了太陽的光環——圍繞太陽的等離子體的光環，並將數百萬公里的空間延伸到太空，就像在這次日食期間一樣。

從模型中選擇的磁場線的軌跡。圖片版權：TACC/Predictive Science, Inc

先進的計算資源對於開發太陽能電暈和太陽風的詳細物理模型至關重要，PSI的總裁兼高級研究科學家喬恩·林克(Jon Linker)說。近年來這些資源的力量的增長不僅增加了這些模型的解析度，而且還增加了模型對底層物理過程的處理方式的複雜性。研究人員的計算機模擬被轉換成科學的形象化，近似於在日食期間人眼所能看到的。

太陽三維磁場的可視化。通過追蹤極高解析度的磁場線，研究人員強調了太陽磁場固有的複雜性及其與太陽日冕可見發射的密切聯繫。圖片版權：TACC/Predictive Science, Inc

這些模擬是最大的研究小組，使用6500萬個網格點提供了巨大的準確性和現實主義。該研究小組使用了美國宇航局太陽動力學觀測站所收集的太陽地震和磁成像儀的數據，以及磁場圖、太陽自轉速率和磁流體動力學(如等離子體和磁場的相互作用)對日冕的影響的數學模型。

關於日冕的外觀，在日食測試複雜，三維計算模型的太陽反對可見的現實。

用一個不同的濾鏡，預測日冕的偏振光。圖片版權：TACC/Predictive Science, Inc

這樣做可以提高預測空間天氣的準確性，這可能會產生重要的實際影響。據美國國家科學院(National Academy of Sciences)的一份報告稱，如果一場強大的太陽風暴，如1859年的卡靈頓事件(導致極光在南至加勒比海地區被發現，並導致短距離和著火的電報)，將會在今天撞擊地球，造成超過2萬億美元的損失。

提前預測這樣一場太陽風暴的到來，將使官員們能夠在線下採取最關鍵的電子基礎設施，並限制風暴的影響。但這樣做需要理解太陽表面的可見表面(日冕)與導致空間天氣的等離子體的大量噴發有關。

隨著更精確地模擬太陽等離子體的能力，研究人員將能夠更好地預測和減少太空天氣對驅動當今數字世界的關鍵基礎設施的影響，前哈勃太空望遠鏡科學家、TACC數據密集型計算主管Niall Gaffney說。

來自： 德克薩斯大學奧斯汀分校

編譯：中子星

審校：博科園

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