科学家们可能知道 内部太阳系的旋转速度比它应该的要慢得多的原因
简介：内太阳系的旋转速度比现代物理定律预测的要慢得多，一项新的研究可能有助于解释原因。一个由气体和尘埃组成的
【菜叶百科解读】
内太阳系的旋转速度比现代物理定律预测的要慢得多，一项新的研究可能有助于解释原因。
一个由气体和尘埃组成的薄圆盘——被称为吸积盘——环绕着年轻的恒星旋转。行星形成的这些圆盘包含恒星形成的剩余物质，菜叶说说，是恒星质量的一小部分。根据角动量守恒定律，当物质慢慢向内朝着恒星旋转时，圆盘的内部应该旋转得更快，类似于花样滑冰运动员在手臂靠近身体时旋转得更快。
然而，先前的观察表明，内太阳系——太阳系中从太阳延伸到小行星带并包括类地行星的区域——并没有角动量守恒定律预测的那样快。使用虚拟吸积盘的新模拟，加州理工学院Caltech的科学家展示了吸积盘中的粒子如何相互作用。
“角动量与速度乘以半径成正比，角动量守恒定律表明，系统中的角动量保持恒定，”加州理工学院的研究人员在一份声明中写道。“因此，如果溜冰者的半径因为他们收臂而减小，那么保持角动量不变的唯一方法就是增加旋转速度。”
那么为什么内吸积盘的角动量不守恒呢？根据该声明，早期的研究表明，吸积盘区域之间的摩擦或产生湍流并产生摩擦的磁场可能会降低下落气体的旋转速度。
“这让我很担心，”加州理工学院应用物理学教授、该研究的合著者保罗·贝伦在声明中说。“人们总是想把他们不理解的现象归咎于湍流。现在有一个很大的家庭手工业认为，湍流是吸积盘中角动量消失的原因。”
为了更好地理解角动量损失，贝兰研究了吸积盘中单个原子、离子和气体的轨迹，进而研究了粒子在碰撞过程中和碰撞后的行为。带电粒子——电子和离子——同时受到重力和磁场的影响，而中性原子只受到重力的影响。
研究人员使用计算机模型模拟了1000个带电粒子与40000个中性粒子在磁场和引力场中碰撞的吸积盘。他们发现，中性原子和数量少得多的带电粒子之间的相互作用导致带正电荷的离子或阳离子向内螺旋运动，带负电荷的粒子或电子向外移动到吸积盘的边缘。同时，中性粒子失去角动量，向内螺旋到中心。
反过来，吸积盘就像一个巨大的电池，正极端子靠近盘中心，负极端子位于盘边缘。这些终端产生强大的电流或物质喷射，从圆盘的两侧射入太空。
“这个模型有恰到好处的细节来捕捉所有的基本特征，因为它足够大，就像万亿万亿个碰撞的中性粒子、电子和离子在磁场中绕着恒星旋转一样，”Bellan在声明中说。
根据声明，计算机模拟表明，虽然角动量丢失，但规范角动量——原始普通角动量加上取决于粒子电荷和磁场的附加量的总和——是守恒的。
“因为电子是负的，阳离子是正的，所以碰撞导致的离子向内运动和电子向外运动增加了两者的正则角动量，”研究人员在声明中解释道。“中性粒子由于与带电粒子碰撞而失去角动量，向内移动，这抵消了带电粒子正则角动量的增加。”
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