我国科学家首次得到快速旋转天体内部流体热不稳定性判据

• 2022-10-29 22:07:51 来源：科技日报

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科技日报记者 陆成宽

中国科学院上海天文台研究人员通过理论推导，首次得到快速旋转椭球形天体内部流体热不稳定性的判据，这一理论不仅可以直接用于理解木星与土星这样显著非球形行星内部的对流动力学，甚至可能被用于研究黑洞吸积盘等极端扁平的旋转流体系统。相关研究成果10月27日在线发表于流体力学期刊《流体物理评论》，并被美国物理学会选为媒体推荐成果。

热对流运动是天体内部普遍存在的动力学现象，对能量传递、物质输运、磁场产生和演化路径起到支配性的作用。在我们的日常生活中，热对流也是很常见的一个现象，比如我们烧热水，随着水壶底部的加热，热水向上涌，而顶部的冷水向下沉，在这个过程中热量就逐渐从底部传播到整个水体中；再比如我们经常听到天气预报中说“强对流天气”，就是地球大气层中发生剧烈的冷热气团混合的过程。与烧开水类似，天体内部热、外部冷，如果内外的温差过大，就会驱动热对流的发生，这个在流体力学上就叫作“发生热不稳定性”。

天体中热不稳定性是怎样发生的？不同情况下的热对流有怎样不同的特征？这些延续了几十年的经典科学问题，吸引了一批又一批科学家投入其中。

中国科学院上海天文台研究员孔大力指导澳门科技大学博士研究生李文博，运用全局渐进展开的分析手段深入分析了处于旋转自引力平衡的椭球Boussinesq流体中的热不稳定性问题，首次获得了全局热对流线性临界模式和临界参数的解析解，并系统地探讨了非球形形状与对流动力学分岔性质之间的联系。

“研究结果证明，对于像木星这样的快速自转且扁率较大的行星，非球形旋转对流的临界参数与球形近似下的结果相比，会出现大幅度变化。”孔大力研究员表示，“如果严格采用与天体自转相自洽的非球形模型，很多快速自转行星与恒星内部的对流输运效率会与前人的预期相差很大。”他还指出，这一研究成果对天体热演化、磁场发电机动力学等问题的影响将在后续同一系列的学术论文中深入探讨。

（图片由受访者提供）

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