천문학

행성 대기의 전기 전도율을 어떻게 찾을 수 있습니까?

행성 대기의 전기 전도율을 어떻게 찾을 수 있습니까?



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나는 우리가 가스 거인의 대기에서 모양 구조를 연구하는 학부 프로젝트를 진행하고 있습니다. 우리는 자기장이 관찰 된 형태의 구조를 생성하는 불안정성의 원인인지 조사하고 있습니다. 따라서 스펙트럼 방법을 사용하여 자기 유체 역학 방정식에 대한 안정성 연구를 수행합니다.

$$ frac { partial {} boldsymbol {B}} { partial {} t} + left ( boldsymbol {v} cdot boldsymbol nabla right) boldsymbol {B} = frac {1 } { mathrm {Re} _ eta} boldsymbol nabla ^ 2 boldsymbol {B} + left ( boldsymbol {B} cdot boldsymbol nabla right) boldsymbol {v} $$

$$ frac { partial {} boldsymbol {v}} { partial {} t} + left ( boldsymbol {v} cdot boldsymbol nabla right) boldsymbol {v} = frac {1 } { mathrm {Re}} boldsymbol nabla ^ 2 boldsymbol {v} + boldsymbol {f- nabla} p + mathrm {N} left ( boldsymbol {j times {} B} right) $$

어디 $ rm {} Re_ eta $ 자기 레이놀즈 수이고 $ rm {} N $ 표현 된 스튜어트 번호

$$ mathrm {N} = frac { sigma B ^ 2L_c} { rho {} U} $$

어디

  • $ B $ 자기장 강도입니다.
  • $ L_c $ 연구 된 구조의 특징적인 길이입니다.
  • $ 시그마 $ 흐르는 유체 전기 전도도입니다.
  • $ rho $ 유체 밀도입니다.
  • $ U $ 흐름의 특성 속도 척도입니다.

이제 모델이 작동하고 다음 단계는 물리적 매개 변수에 대한 실제 값으로 계산을 실행하는 것입니다. 전기 전도도를 제외한 모든 데이터가 있습니다. 따라서이 데이터 (또는 근사치를 계산하는 방법)를 찾고 있습니다. 나는 수소와 헬륨의 부피 분율과 각각의 전도도에서 첫 번째 근사치를 만들 수 있다고 생각했습니다.

모든 아이디어, 연구 방법 및 과학 출판 참조를 환영합니다. 도와 줘서 고마워요.

추신: 나는 천체 물리학과 행성의 대기에 대해 (아직) 많이 알지 못합니다.


중성 가스의 전도도는 무시할 수 있으므로 가스의 자유 전자 전도도를 추정해야합니다. 이를 위해 먼저이 답변에서 참조 된 것과 같은 위상 다이어그램을 참조 할 수 있습니다. 거기에서 모든 가스 거인의 대기압과 온도에 대해 $ H_2 $가스 정권, 따라서 가스 거인의 가시적 대기 상태를 설명하는 데 이국적인 상태 방정식이 필요하지 않습니다.

Juno-data가 있거나없는 업데이트 된 모델은 행성 내부의 구조 모델을 조정해야하지만 관심있는 대기는 여전히 이상 기체임을 보여줍니다.

대기 중 자유 전자의 양을 계산하려면 가능한 이온과 이온화 비율을 계산해야합니다. 이것은 분자가 형성되기 때문에 추운 대기에서는 정말 불쾌합니다. 이들의 몰 분율은 화학 모델에 의해 계산 된 다음 이온화 (아마도 Saha 유형 이온화 모델)되고 전도도로 변환되어야합니다 (아마도 Lorentz-Drude 유형의 모델에 의해).

당신의 목적을 위해 정말로 관여 할 수 있지만, 당신이 할 수있는 일은 훨씬 더 간단하다고 생각합니다. 예를 들어 출판 된 문헌을 보는 것입니다. 여기에서 전도도 프로파일을 인용하고 인용하십시오.
그러나이 소스에서도 전도도를 위해 사용하는 두 모델은 중성 대기에서 9 배 차이가 있으므로 가정에 대해주의 깊게 읽어야합니다.


천문학 자들이 구름이없는 목성과 같은 행성을 최초로 발견

천체 물리학 센터의 천문학 자 | Harvard & amp Smithsonian은 관측 가능한 대기에서 구름이나 안개가없는 최초의 목성과 같은 행성을 발견했습니다. 이번 달 조사 결과는 천체 물리학 저널 편지.

WASP-62b라는 이름의이 가스 거인은 2012 년 WASP (Wide Angle Search for Planets) 남쪽 조사를 통해 처음 발견되었습니다. 그러나 그 분위기는 지금까지 면밀히 연구 된 적이 없었다.

연구를 주도한 천체 물리학 센터의 대학원생 Munazza Alam은 "제 논문을 위해 외계 행성 특성화 작업을 해왔습니다."라고 말합니다. "나는 발견 된 행성을 취하고 그들의 대기를 특성화하기 위해 후속 조치를 취합니다."

"뜨거운 목성"으로 알려진 WASP-62b는 575 광년 떨어져 있으며 우리 태양계 목성의 질량의 약 절반에 해당합니다. 그러나 태양을 공전하는 데 거의 12 년이 걸리는 목성과 달리 WASP-62b는 단 4 일 반만에 별 주위를 회전합니다. 이 별과의 근접성은 별을 극도로 뜨겁게 만들어 "뜨거운 목성"이라는 이름을 붙였습니다.

허블 우주 망원경을 사용하여 Alam은 화학 원소를 감지하는 데 도움이되는 전자기 복사 연구 인 분광법을 사용하여 행성의 데이터와 관측을 기록했습니다. Alam은 특히 WASP-62b가 숙주 별 앞을 세 번 휩쓸었을 때 가시 광선 관측을 통해 행성 대기에서 나트륨과 칼륨의 존재를 감지 할 수 있습니다.

"처음에는이 행성에 대해 너무 흥분하지 않았다는 것을 인정하겠습니다."라고 Alam은 말합니다. "하지만 데이터를보기 시작하자 흥분되었습니다."

칼륨의 증거는 없지만 나트륨의 존재는 놀랍도록 분명했습니다. 팀은 데이터에서 전체 나트륨 흡수선 또는 전체 지문을 볼 수있었습니다. 대기의 구름이나 연무는 나트륨의 완전한 신호를 가릴 것이라고 Alam은 설명하며 천문학 자들은 일반적으로 그 존재에 대한 작은 힌트 만 알아낼 수 있습니다.

"이것은 우리가 깨끗한 분위기를보고 있다는 증거입니다."라고 그녀는 말합니다.

최근 연구에 따르면 구름이없는 행성은 매우 드문 천문학 자들은 외계 행성의 7 % 미만이 대기가 깨끗한 것으로 추정합니다. 예를 들어, 대기가 깨끗한 것으로 알려진 최초이자 유일한 다른 외계 행성은 2018 년에 발견되었습니다. WASP-96b라는 이름의이 행성은 뜨거운 토성으로 분류됩니다.

천문학 자들은 구름이없는 대기를 가진 외계 행성을 연구하면 어떻게 형성되었는지 더 잘 이해할 수 있다고 믿습니다. 그들의 희귀 성은 "다른 일이 진행되고 있거나 대부분의 행성과 다른 방식으로 형성되었음을 암시합니다"라고 Alam은 말합니다. 맑은 대기는 또한 행성의 화학적 구성을 연구하는 것을 더 쉽게 만들어서 행성이 무엇으로 만들어 졌는지 식별하는 데 도움이 될 수 있습니다.

올해 말 James Webb 우주 망원경이 출시됨에 따라 팀은 WASP-62b를 연구하고 더 잘 이해할 수있는 새로운 기회를 갖기를 희망합니다. 더 높은 해상도와 더 나은 정밀도와 같은 망원경의 개선 된 기술은 실리콘과 같은 더 많은 원소의 존재를 찾기 위해 대기를 더 가깝게 조사하는 데 도움이 될 것입니다.


전기 같은! 천문학 자, 목성 대기에서 스프라이트 발견

크게보기. | 현재 목성을 공전하고있는 주노 우주선의 발견을 바탕으로 목성 대기에서 번개 스프라이트에 대한 예술가의 개념. 과학자들은 목성에서 스프라이트가 파란색 일 가능성이 높다고 생각합니다. NASA / JPL-Caltech / SwRI를 통한 이미지.

번개 스프라이트는 일시적이지만 뇌우 위의 지구 대기 및 # 8230 높은 곳에서 강력한 방전이 발생합니다. 그들은 일시적인 발광 이벤트 또는 과학자들의 TLE. 그들은 엄청나게 아름답고 필름으로 찍기 쉽지 않았고 과학자들이 지구 대기에서 그들의 존재에 대해 토론 한 것은 오래 전 일이었습니다. 이제 그들은 지구상에서 확인 된 자연 현상이며, 기상 학자와 자연 사진 작가에 의해 많은 연구의 대상이되는 경우가 있습니다. 그리고 이제 NASA는 스프라이트 및 / 또는 엘프의 첫 번째 증거를 발견했습니다. 지구가 아닌 곳에서 천분의 1 초 미만으로 지속되는 디스크 모양의 광도 영역을 빠르게 확장하고 있습니다. 그들은 우리 태양계에서 가장 큰 행성 인 목성의 격렬한 상층 대기에서 그것들을 발견했습니다.

동료 검토 결과는 Jupiter에서 Juno 임무를 수행 한 과학자들에 의해 발표되었으며 지구 물리학 저널 : 행성 결과는 또한 미국 천문학 회의 행성 과학 부문 (DPS 2020) 연례 회의에서 기자 회견에서 발표되었습니다.

과학자들은 스프라이트 나 엘프가 목성 대기에 존재해야한다는 이론을 세웠지 만 이것이 실제로 존재한다는 첫 번째 좋은 증거입니다. 그들은 어떻게 찾았습니까?

Juno는 일반 조명에서 이미지를 촬영하는 것 외에도 UVS (자외선 분광기)로 목성을 봅니다. 2019 년 여름, 연구원들은이 이미지를 연구하고 흥미로운 것을 발견했습니다. 과학자들이 찾고자했던 것처럼 보이는 좁고 밝은 자외선 줄무늬 인 스프라이트.

2020 년 4 월 10 일 주노의 목성 남극 근처에서 밝은 섬광 (원형), 스프라이트 또는 엘프로 생각됨. NASA / JPL-Caltech / SwRI를 통한 이미지.

Southwest Research Institute (SwRI)의 Juno 과학자이자 새로운 연구의 주 저자 인 Rohini Giles는 성명에서 다음과 같이 말했습니다.

UVS는 목성의 아름다운 북극광과 남부 광을 특성화하도록 설계되었습니다. 그러나 우리는 목성 오로라를 보여줄뿐만 아니라 그것이 있어야 할 곳이 아닌 구석에있는 밝은 UV 광선을 보여주는 UVS 이미지를 발견했습니다. 우리 팀이 더 많이 조사할수록 Juno가 Jupiter에서 TLE를 감지했을 수 있다는 것을 더 많이 깨달았습니다.

이러한 이미지를 모으는 과정에서 우리는이 놀랍고 단명하고 밝은 섬광을 아주 가끔 보았습니다. 그런 다음 4 년 동안 미션을 수행 한 모든 데이터를 검색하여 매우 유사한 속성을 가진 총 11 개의 플래시를 발견했습니다.

이것은 여전히 ​​초기 탐지이기 때문에 과학자들은 목성에서 일반적인 스프라이트가 얼마나 흔한 지 아직 알지 못합니다. 그러나 첫 번째 것을 찾는 것은 흥미로운 발견입니다. 스프라이트는 이전의 여러 연구에 의해 목성에서 예측되었지만 이것이 최초의 직접적인 증거입니다.

EarthSky 커뮤니티 사진에서보기. | West Texas의 McDonald Observatory에서 일하는 Stephen Hummel은 2020 년 7 월 2 일에이 덧없는 번개 스프라이트 (일명 빨간색 스프라이트)를 포착했습니다. McDonald Observatory는 해당 지역에서 Dark Skies Initiative를 주도하고 있습니다. Stephen은 "어두운 하늘은 스프라이트와 같은 희미한 물체를 보는 데 도움이됩니다."라고 말했습니다. 감사합니다, 스티븐! 2015 년 국제 우주 정거장에서 우주 비행사들이 본 미국의 뇌우 위의 붉은 스프라이트. Image via NASA / ScienceAlert. 스프라이트와 엘프를 포함하여 지구 대기의 다양한 유형의 전기 현상입니다. 이미지 제공 : Abestrobi.

Juno가 감지 한 스프라이트는 번개가 발생하는 것으로 알려진 지역에서 발견되었습니다. Juno 과학자들은이 새로운 섬광이 목성 번개의 대부분이 대기의 물-구름 층 위에서 발생하는 고도에서 300km (186 마일) 위에서 발견 되었기 때문에이 새로운 섬광이 일반 번개가 아니라고 결정했습니다. 플래시는 지구상의 다른 번개와 달리 수소 배출에 의해 지배되었습니다.

지구상의 스프라이트는 다소 기괴 해 보이며 중앙에 확산 후광이 있고 긴 촉수가 아래쪽으로 내려 오는 해파리와 비슷합니다. 뇌우에서 최대 97km (60 마일)까지 발생하는 경향이 있으며 눈 깜빡 할 때보 다 몇 밀리 초 만 지속됩니다. 이는 조종사가보고하기 전까지 거의 보이지 않았던 이유를 설명합니다. 실험 물리학자인 John R. Winckler (1916-2001)가 저조도 텔레비전 카메라를 테스트하면서 사진을 촬영 한 1989 년까지는 좋은 사진조차 없었습니다. 요즘에는 SpaceWeather.com과 같은 많은 사진을 찾을 수 있습니다.

지구상의 스프라이트는 일반적으로 붉은 색을 띠지 만 목성에서는 색이 다를 수 있습니다. Giles는 다음과 같이 말했습니다.

지구상에서 스프라이트와 엘프는 대기 상층부에서 질소와의 상호 작용으로 인해 붉은 색으로 나타납니다. 그러나 목성에서 상부 대기는 대부분 수소로 구성되어 있으므로 파란색 또는 분홍색으로 나타날 가능성이 높습니다.

이 스프라이트는 번개가 높은 고도의 준 정전기 장을 생성 할 때 발생합니다. 다른 경우에는 번개가 전자기 펄스를 위로 보내 엘프라고하는 빛나는 디스크를 생성합니다.

2018 년 5 월 24 일에이 섬광 (삽입물의 오른쪽 아래 모서리에 밝은 점)과 같이 Juno가 목성에서 번개를 보았습니다. 화려한 타원형은 북극 근처의 오로라입니다. NASA / JPL-Caltech / SwRI를 통한 이미지.

지면에서 보면 스프라이트는 그렇게 크게 보이지 않을 수도 있지만 지름이 약 50km에 달할 수 있습니다. 매튜 카푸 치는 워싱턴 포스트’s Capital Weather Gang은 작년에 다음과 같이 말했습니다.

볼티모어에서 워싱턴 D.C.까지 전기 방전이 발생한다고 상상해보십시오.

Juno는 이전에 목성에서 번개를 관찰했습니다. 번개와 스프라이트의 발견은 목성의 대기가 적어도 시각적으로 어떤면에서 지구와 어떻게 유사한 지 강조합니다. 그러나 그것은 훨씬 더 깊고 더 격동 적이며, 지구상에서 지금까지 볼 수 없었던 그 어떤 것보다도 오래 지속되는 폭풍과 함께 대부분 수소와 헬륨으로 구성되어 있습니다.

목성에 대한 번개는 빈도는 적지 만 더 강력합니다. 대부분은 목성 벨트와 서쪽 제트 기류 근처에서 볼 수 있습니다. 목성의 극에서 일부 번개 섬광이 관찰되어 지금까지 극지 번개가 관측 된 지구 외에 유일한 다른 행성이되었습니다. 지구상의 뇌우와 마찬가지로 목성의 번개는 거대한 폭풍과 밀접한 관련이 있습니다.

새 연구의 주 저자 인 SwRI의 Rohini Giles. Rohini Giles를 통한 이미지.

목성에서 처음으로 발견 된 스프라이트 또는 엘프는 흥미롭고 이제 과학자들은 계속해서 더 많은 것을 찾을 것입니다.

우리는 Juno가 과학을 통과 할 때마다 엘프와 스프라이트의 더 많은 징후를 계속해서 찾고 있습니다. 이제 우리가 찾고있는 것이 무엇인지 알았으므로 목성과 다른 행성에서 더 쉽게 찾을 수 있습니다. 목성의 스프라이트와 엘프를 여기 지구에있는 엘프와 비교하면 행성 대기의 전기적 활동을 더 잘 이해할 수 있습니다.

결론 : 지구상의 뇌우 위의 전기 현상 인 스프라이트와 엘프가 목성에서 처음으로 감지되었습니다.


행성 대기의 전기 전도율을 어떻게 찾을 수 있습니까? -천문학

이 페이지에서는 전기 전도도를 정의합니다. 전도도는 주어진 재료를 통해 전류가 얼마나 쉽게 흐를 수 있는지를 측정합니다. 즉, 재료의 주어진 전기장에 대해 전도성이 높은 재료가 낮은 전도성 재료보다 더 많은 전류 흐름을 생성합니다.

전기 회로를 이해한다면 전도도는 저항의 역과 유사합니다. 전기장은 전압과 유사하므로 작은 저항 (높은 전도도)에 걸리는 전압은 많은 양의 전류를 생성합니다. 큰 저항 (낮은 전도도)에 걸리는 전압은 더 적은 양의 전류를 생성합니다.

전도도는 재료 내의 전력 손실을 나타냅니다. 전도도가 0 (= 0)이면 재료를 "무손실"이라고합니다. 공기 및 진공 (공간)과 같은 물질은 전도성이 없습니다.

전도도가 0이 아닌 경우 재료를 통해 흐르는 전기장이 전류 밀도 (제이). 사이의 관계 이자형, 제이, 옴의 법칙으로 알려져 있으며 방정식 [1]에 주어집니다.

구리 또는 강철 (또는 일반적으로 금속)과 같은 일부 재료는 매우 높은 전도도를 가지며 전도도는 종종 무한대로 근사 할 수 있습니다. 이것은 재료의 저항이 0임을 의미합니다. 이러한 물질의 경우 식 [1]에서 전기장이 이러한 물질 내에서 0이되어야 함을 알 수 있습니다. 0이 아니면 식 [1]에서 전류 밀도는 무한대가됩니다. 따라서 금속이나 전도성이 높은 물질을 통해 전류가 흐를 수 있지만 이러한 물질 내부의 전기장은 0이어야합니다. 교과서에서는 이러한 재료를 PEC (완전한 전기 전도체)라고하므로 전도 손실을 무시할 수 있습니다.

이제 전도도가 0보다 큰 재료와 비금속 재료를 고려하여 전도도가 극도로 높지 않도록하십시오. 이 경우 관련 전기장과 함께 재료에 전류가 흐르게 될 수 있습니다. 전류가 재료를 통해 흐를 때 에너지의 일부는 열로 변환됩니다 (이 에너지는 전자기파 또는 전류에서 손실됩니다). 중간 범위의 전도도를 가진 재료를 손실 재료라고합니다. 전도도에 대한 중간 범위 값을 가진 손실 물질의 예는 탄소입니다. [사실 탄소는 무반향 실로 알려진 챔버 내부의 안테나 측정에서 전자기파를 흡수하기위한 재료 내부에 사용됩니다.]

일반적으로 아래와 같이 전도도에 따라 재료를 세 영역으로 나눌 수 있습니다.

그림 1. 전도도로 재료 분류.

전기 전도도는 Siemens / meter [S / m] 단위로 측정됩니다. Siemens는 옴 또는 저항의 역입니다. 이러한 이유로 사람들은 때때로 Siemens를 Mhos (옴은 거꾸로 표기)라고합니다.


번개가 우리 몸에 전기를 충격적으로 흡수합니까?

그것은 일종의 감전사처럼 들리지만, 번개가 지구상의 대부분의 생명체가 어떻게 기능하는지와 관련이 있는지는 그것보다 훨씬 더 이상합니다.

전기는 지구상의 모든 동물 군을 통과합니다. 대부분의 생물에서 거의 감지 할 수없는 윙윙 거리는 소리가 있습니다. 이 공상 과학 생명력이 똑바로 들리는 것처럼 들리면 프랑켄슈타인, 미생물에서 인간에 이르기까지 모든 것에서 처음 발견되었지만 어떻게 거기에 도달 할 수 있었는지에 대한 가설조차 없었습니다. 이제 어떻게 일어 났는지에 대한 아이디어가 존재합니다. 이스라엘 텔 아비브 대학의 콜린 프라이스 연구원과 그의 과학자 팀은 극 저주파 (ELF) 전기 범위가 번개로 인한 대기 진동과 매우 유사하다고 제안했습니다.

더 많은 번개

Mary Shelley는 그녀가 아직 주변에 있다면이 모든 일을 할 것입니다.

Price는 최근에 발표 된 연구에서“이러한 최대 주파수의 기원은 알려지지 않았으며 여전히 미스터리로 남아 있습니다. 대기 전력 및 생물 기상학. "우리는 지구상의 살아있는 유기체의 진화 역사에서 수십억 년이 넘는 기간 동안 지구 번개 활동에 의해 지속적으로 생성되는 대기의 자연 전자기 공명 주파수가 세포 전기 활동의 발달을위한 배경 전기장을 제공했다고 제안합니다."

Price와 그의 팀은 가장 초기의 원시 세포가 어떻게 든 지구를 강타한 선사 시대 번개와 동기화되었거나 적응했다고 믿습니다. 대기를 발달시킨 이래로 행성에 번개가 치고 있습니다. 이 세포들이 더 복잡한 유기체로 진화함에 따라 전기적 활동과 대기권의 활동을 연결하는 방법도 진화했습니다.

다양한 유형의 뇌 활동이 다양한 빈도를 사용하기 시작했습니다. 이것은 저주파 (5 ~ 45Hz)에서 동물의 신경계를 통해 항상 전달되는 배경 전기 활동을 설명 할 수 있습니다. 인간은 기술적으로이 전기적 윙윙 거리는 소리를들을 수 있어야합니다. 비록 그것이 무엇인지는 인식하지 못할 수도 있습니다.

프랑켄슈타인 박사 (제임스 맥어보이)가 좀비 괴물을 죽이고 빅터 프랑켄슈타인. 출처 : 20 세기 폭스 / 디즈니

대부분의 생물은 슈만 공명으로 알려진 진동으로 생각됩니다. 지구를 거대한 전기 회로라고 생각하십시오. 대기는 다소 약한 전도체이지만 전기를 전도 할 수 있지만 전리층 (원자와 분자가 태양 복사에 의해 이온화되는 상부 대기의 일부)과 지구 표면 사이의 공간에서 일부 전자기파를 유지하기에 충분합니다. . 이 파동은 슈만 공명입니다. 이것은 특정 주파수가 특정 뇌 기능에 다시 연결되는 곳입니다. 슈만 공명은 우리가 깊은 이완 상태에있을 때 인간 뇌의 전기 주파수와 겹칩니다. 즉, 초기 형태의 생명체도 그 상태에 존재할 수 있음을 의미합니다. 그 생각은 마치 지구에서 떠오르는 생명체가 잠 들어있는 것처럼, 깨어나 번성하기를 기다리는 것 같습니다. 그렇게하는 데 수십억 년이 걸렸습니다.

Price는“일부 동물에서는 전기 스펙트럼이 번개에 의해 생성 된 자연 배경 대기 전기장과 구별하기가 어렵습니다.

이 현상과 그 기원에 대해 아직 알려진 바가 거의 없기 때문에 그의 이론을 공상 과학으로 일축하는 과학자들이 있습니다. 처음에 생명과 번개가 동기화 된 방식에 대해 너무 많은 질문이 떠 올랐습니다. 이 프로세스가 실제로 어디에서 시작되는지에 대한 의심도 있습니다. 동물의 대부분의 전기적 활동은 칼슘 이온 수송 과정을 통해 세포 수준에서 시작되기 때문에 칼슘 이온은 기공 또는 다른 수송 체를 사용하여 세포 안팎으로 흐르기 때문에 한 가지 가능성이 있습니다. 다른 과학자들은 심장 박동을 유지하는 전기 충격과 같은 일부 주파수가 체질량과 더 밀접하게 관련되어 있다고 주장합니다.

효과가 얼마나 미묘한지는 그것을 이해하는 데 정확히 도움이되지 않습니다. 지구상의 대부분의 생명체가 강한 전류를 흐르고 있다면 번개와 관련된 폭풍은 악몽이 될 것입니다.

적어도 더 많은 연구는 신체의 전기 주파수를 의학적으로 조작하는 방법을 알아낼 수 있었지만, 죄송합니다. 프랑켄슈타인 박사님. 좀비 괴물을 살릴 수는 없을 것입니다.


물이 풍부한 대기를 가진 행성이 많을 수 있습니다

한 연구에 따르면 별에 가까운 외계 행성은 실제로 물로 가득 찬 두꺼운 대기를 유지할 수 있습니다. 위의 그림은 대기 중에 물이있는 것으로 보이는 외계 행성 WASP-121b의 그림입니다. 출처 : Engine House VFX, At-Bristol Science Centre, University of Exeter

대기는 지구 표면의 생명체를 가능하게하여 기후를 조절하고 해로운 우주선으로부터 우리를 보호합니다. 그러나 망원경이 점점 더 많은 암석 행성을 계산했지만 과학자들은 대부분의 대기가 오랫동안 사라 졌다고 생각했습니다.

그러나 시카고 대학과 스탠포드 대학 연구자들의 새로운 연구는이 행성들이 수증기로 가득 찬 대기를 발전시킬 수있을뿐만 아니라 장기간 유지하는 메커니즘을 제안합니다. 3 월 15 일 천체 물리학 저널 편지,이 연구는 행성 형성에 대한 우리의 그림을 확장하고 다른 항성계에서 거주 가능한 세계를 찾는 데 도움이 될 수 있습니다.

"우리 모델은이 뜨겁고 바위 같은 외계 행성이 어느 단계에서 물이 지배적 인 대기를 가져야한다고 말하고 있으며 일부 행성의 경우 꽤 오랜 시간이 걸릴 수 있습니다."라고 Asst는 말했습니다. 시간이 지남에 따라 행성 대기가 어떻게 진화하는지에 대한 전문가 인 Edwin Kite 교수.

망원경이 점점 더 많은 외계 행성을 기록함에 따라 과학자들은 그들이 어떻게 생겼는지 알아 내려고 노력하고 있습니다. 일반적으로 망원경은 외계 행성의 물리적 크기, 별과의 근접성, 운이 좋으면 질량이 얼마나되는지 알려줄 수 있습니다. 더 나아가 과학자들은 지구와 우리 태양계의 다른 행성에 대해 우리가 알고있는 것을 기반으로 추정해야합니다. 그러나 가장 풍부한 행성은 우리 주변에서 볼 수있는 행성과 비슷하지 않은 것 같습니다.

"우리가 케플러 임무를 통해 이미 알고있는 것은 해왕성보다 약간 작은 행성이 정말 풍부하다는 것입니다. 이것은 우리 태양계에 아무것도 없기 때문에 놀랍습니다."라고 Kite는 말했습니다. "우리는 그들이 무엇으로 만들어 졌는지 확실하지 않지만, 그들이 수소 분위기에 은폐 된 마그마 공이라는 강력한 증거가 있습니다."

유사하지만 수소 망토가없는 작은 암석 행성도 건강하게 많습니다. 그래서 과학자들은 많은 행성이 아마도 수소로 만들어진 대기를 가진 더 큰 행성처럼 시작되지만 근처의 별이 점화되어 수소를 날려 버리면 대기를 잃을 것이라고 추측했습니다.

그러나 이러한 모델에는 많은 세부 정보가 남아 있습니다. Stanford University의 Kite와 공동 저자 인 Laura Schaefer는 녹은 암석 바다에 행성을 덮을 때의 잠재적 인 결과를 탐구하기 시작했습니다.

"액체 마그마는 실제로 꽤 콧물이 나기 때문에 지구상의 바다처럼 격렬하게 뒤집어집니다."라고 Kite는 말했습니다. 이 마그마 바다가 대기에서 수소를 빨아 들여 물을 형성하기 위해 반응 할 가능성이 높습니다. 그 물 중 일부는 대기로 빠져 나가지 만 훨씬 더 많은 물이 마그마 속으로 흘러 들어갑니다.

그런 다음 근처의 별이 수소 대기를 제거하면 물이 수증기의 형태로 대기로 빠져 나갑니다. 결국 행성은 물이 지배하는 대기로 남게됩니다.

이 단계는 수십억 년 동안 일부 행성에서 지속될 수 있다고 Kite는 말했습니다.

이 가설을 테스트하는 방법에는 여러 가지가 있습니다. 허블 망원경의 강력한 후속 모델 인 제임스 웹 우주 망원경은 올해 말에 발사 될 예정이며 외계 행성의 대기 구성을 측정 할 수있을 것입니다. 대기 중에 물이있는 행성을 감지하면 하나의 신호가됩니다.

테스트하는 또 다른 방법은 대기의 간접적 인 징후를 찾는 것입니다. 이 행성의 대부분은 지구와 달리 조석으로 잠겨 있으며 태양 주위를 이동할 때 회전하지 않으므로 한쪽은 항상 뜨겁고 다른 쪽은 차갑습니다.


2 데이터 및 방법

2.1 군집 관찰 및 예비 분석

이 작업에 표시된 분석을 수행하기 위해 ESA (European Space Agency) Swarm A 위성 (Friis)에 탑재 된 Electric Field Instrument (Knudsen et al., 2017)에서 1Hz로 기록 된 6 년 간의 Langmuir 프로브 레벨 1b 데이터를 사용했습니다. -Christensen et al., 2006) 2014 년 4 월 1 일부터 2020 년 3 월 31 일까지.이 기간 동안 위성은 약 460km의 평균 고도에서 ~ 87.4 °의 경사로 거의 원형 및 극 궤도를 돌았습니다. Swarm A 위성은 하루 24 시간 현지 시간을 모두 커버하는 데 약 133 일이 걸립니다. 레벨 1b 데이터는 ESA 배포 서버 (ftp://swarm-diss.eo.esa.int)의 LATEST_BASELINES 폴더에서 다운로드되었습니다. 특히, 1Hz Langmuir 프로브 데이터는 "EFIxLPI"레이블로 식별되는 데이터이며 전체 UTC 초 (https://earth.esa.int)에서 보간을 통해 2Hz 데이터 ( "EFIx_LP"레이블로 식별)에서 가져옵니다. /eogateway/documents/20142/37627/swarm-level-1b-processor-algorithms.pdf/e0606842-41ca-fa48-0a40-05a0d4824501?version=1.0). 그들은 다음을 제공했습니다 : UTC 시간, 지구 중심 지리적 좌표 (북동 중심, 즉 NEC)에서 위성의 위치, 현장 전자 밀도 및 온도. 후자는 임무 팀이 제공 한 품질 플래그를 기준으로 필터링되었습니다. 특히 Flag_LP = 1 및 Flags_T 플래그가 지정된 전자 밀도 및 온도 데이터를 선택했습니다.이자형 또는 Flags_N이자형 매개 변수는 10 또는 20과 같습니다.이를 통해 Langmuir 프로브 (https://earth.esa.int/documents/10174/1514862/Swarm_L1b_Product_Definition)의 고 이득 데이터를 고려할 수 있습니다. 품질 플래그 확인 후 누락되거나 삭제 된 데이터는 시계열의 연속성을 보장하기 위해 NaN 값으로 대체되었습니다.

우리는 자기 좌표의 비 직교 QD 시스템을 사용했습니다 (Emmert et al., 2010 Laundal & Richmond, 2017 Richmond, 1995). 구체적으로 NEC에서 QD 좌표 (자기 위도 및 경도)로 전달하기 위해 먼저 NEC 및 위성 고도를 측지 좌표로 변환 한 다음 측지 좌표에서 QD 좌표로 이동했습니다 (Emmert et al., 2010). 또한 태양의 위치는 UTC 시간 대신 MLT (Magnetic Local Time)를 사용하여 설명되었습니다. 이를 통해 데이터 세트를 자기 위도 (QD 위도)와 MLT로 구성 할 수있었습니다.

2.2 병렬 전기 전도도의 계산

Swarm 고도에서 병렬 전기 전도도를 계산하기 위해 첫 번째 가설은 이온 종이 대부분 O +로 구성되며 해당 밀도는 전자의 밀도와 비슷하다는 것입니다. 나는이자형, 전리층 플라즈마의 준 중립성을 보존하기 위해 (Ratcliffe, 1973 Rishbeth & Garriott, 1969).

(1) (2) (3) (4)

6. 요약

우리는 850 번의 전기 구름 고가에서 전기장과 전도도를 측정했습니다. 우리는 이러한 데이터를 몇 가지 간단한 가정과 함께 사용하여 폭풍의 꼭대기에서 윌슨 전류 흐름을 추정했습니다. 우리는 번개 장 변화로 인한 기여가 총 유도 전류에 큰 영향을 미치지 않음을 발견했습니다. 또한 실제 프로필 대신 중앙값 필드 프로필을 사용하면 총 현재 결과가 편향되지 않는 것으로 나타났습니다. 이 결과는 평활화 된 피크 필드와 중앙값 프로필을 사용하여 각 고가 통과에 대한 총 전류를 계산하는 데 도움이됩니다.

결과 요약 통계는 이전 연구의 통계를 확인합니다. 그러나 데이터 값의 범위는 이전에 발견 된 것보다 큽니다. 그 주된 이유는 단순히 우리의 데이터 세트가 이전 연구에서 사용 된 것보다 더 크고 다양하기 때문이라고 생각합니다 (윌슨 해류가 거꾸로 된 폭풍, 번개가없는 폭풍, 해양 및 육상 폭풍 모두 포함). 우리는 더 높은 플래시 속도로 더 높은 Wilson 전류의 전체적인 패턴을 볼 수 없습니다. 폭풍의 위치 및 유형과 같은 다른 영향은 데이터에서 이러한 패턴을 가릴 수 있습니다. 더 높은 총 전류와 함께 더 높은 구름 최고 수준을 볼 수 있지만 총 전류에 대한 구름 레이더 반사율 분포의 관계는 더 높은 전류 모델에 비해 단순한 구름 최고 높이보다 더 복잡합니다.

우리의 분석에는 두 가지 결과가 있습니다. 첫 번째는 전 세계 전기 회로에 가라 앉는 폭풍을 발견했다는 것입니다. 우리는 이것이 역 극성 폭풍인지 우리의 오버 플라이트만으로는 알 수 없지만, 육교 당시 뇌우에서 관찰되는 전형적인 전류와 극성이 반대 인 폭풍 위의 전류 흐름을 생성하고 있었다는 것을 알고 있습니다. 윌리엄스, 2009]. 두 번째 결과는 고가도로에서 번개가 감지되지 않지만 여전히 상당한 전기장이있는 폭풍을 식별하는 것입니다. 이러한 폭풍은 전 세계 전기 회로에 전류를 제공했지만 번개 통계를 사용하여 전기 구름을 식별하고 전 세계 회로를 특성화하는 시스템에서는 감지 할 수 없습니다. 전기가 공급되지만 번개가 발생하지 않는 폭풍은 전 세계 전기 회로에서 중요한 역할을하는 것으로 생각됩니다 [예 : Wilson, 1921 윌리엄스와 사토리, 2004]. 그러나 데이터 수집 방법의 잠재적 인 측정 편향으로 인해 이러한 폭풍이 글로벌 전기 회로에 미치는 영향은 과소 평가 될 수 있으며이 연구의 주요 불확실성 중 하나를 나타냅니다.


소개

바다의 전기 전도도는 지구 시스템의 전기 역학에서 기본 매개 변수입니다. 그것은 전기 역학적 과정과 해양 내 관찰 가능한 전자기장뿐만 아니라 내부에서 대기권 상층까지 확장되는 지구의 다양한 구성 요소에 영향을 미칩니다. 따라서 해양의 전기 전도도에 대한 지식은 이러한 과정에 대한 연구와 이러한 분야의 해석에 필요합니다.

이 기사에서 언급 된 전기 전도도는 특히 전해 전도 전류 밀도 (< mathbf)와 관련된 주파수 독립적 비례 상수 ( sigma )입니다. > ) 전기장 (< mathbf > ') 유체와 함께 움직이는 프레임에서 측정됩니다 (전도도 단위는 Siemens / meter (i.e., S / m)). 이 관계는 옴의 법칙 (< mathbf >=sigma >') . Using the Lorentz transformation, this can also be written as (>=sigma left( >+> imes > ight) ) , where (>, >) , and (>) are the electric field, fluid velocity, and magnetic field measured in the common rotating frame of the Earth. Maxwell’s equations provide further relationships to complete a closed set of equations from which general solutions can be found, but Ohm’s law alone establishes the importance of (sigma ) in opportunities attempting to infer components of (sigma , >, >, >, >) from an incomplete set of observations.

A wide variety of oceanographic instruments infer flow velocity from in situ measurements of the electric field (see Tyler et al. 1997 Szuts 2012 for review material) or, more accurately, the difference in electric potential between two points which, depending on the experimental design, may be separated by distances ranging from centimeters to hundreds of kilometers. The inference of flow from electric field measurements requires estimates of the electrical conductivity distributed over a region typically much larger than can be co-sampled in the same experiment with conductivity sensors. Hence, a database for accurately prescribing the conductivity distribution immediately improves the calibration of a wide variety of oceanographic flow meters.

Since long, processes in the upper atmosphere and magnetosphere have been inferred from observed fluctuations in the geomagnetic field. Electric currents excited by dynamical processes in these regions cast magnetic fields reaching land and satellite magnetic observatories. But these magnetic fluctuations also induce electric currents in the oceans and Earth, and so the observed magnetic fields are due to a combination of the primary and induced electric currents. Accurate inference of the processes in the upper atmosphere and magnetosphere therefore depends on accurate knowledge of the conductivity distribution in the oceans and mantle.

Until relatively recently, most observations of the geomagnetic field were made on land. Since 1999, however, a number of long-term, low-orbit magnetic survey missions (Oersted, CHAMP, SAC-C) have provided unprecedented resolution, particularly over the oceans and other regions poorly covered by land observatories (e.g., Olsen et al. 2006). In 2013, three low-orbit satellites were launched in the first mission (Swarm, e.g., Friis-Christensen et al. 2008) involving multiple space-borne magnetic observatories aimed to further increase the detail in the observed magnetic fields. This new epoch of satellite magnetic surveys has opened new opportunities, some extending from the applications described above, and some quite novel. Many of these opportunities involve interpretation of large-scale, relatively weak fluctuations in the Earth’s magnetic field that in turn involve electric currents (either primary or induced) in the ocean (e.g., see Kuvshinov 2008 for review). Hence, much of the modern development in geomagnetic studies has become dependent on the accuracy in modeling oceanic electric currents, and the priority for better understanding the distribution of electrical conductivity in the ocean has risen.

In the following two subsections, the physics of ocean electrical conductivity is described, and a description of the methods used in previous estimates of this parameter is given. The methodology of this study is presented in “Methodology” section, and the results are presented in “Climatology of ocean electrical conductivity” section. In “Use of climatology to assess errors in previous assumptions” section, a brief description of errors associated with previous conductivity estimates is provided, a discussion is included in “Conclusion” section, and information on obtaining the data is given in “Availability of data and materials” section. This data set of the long-term (1981–2010) climatological mean shall be referred to here as the “climatology,” consistent with nomenclature for other ocean data.

Electrical conductivity of seawater

Within the parameters of Earth’s oceans, the electrical conductivity of seawater depends on temperature, salinity, and to a much smaller degree pressure (depth). Salts such as sodium chloride (NaCl) disassociate in water to form cations ( (hbox ^<+>) ) and anions ( (hbox ^<->) ) that migrate in the presence of an electric field, thereby producing an electric current. It is then easy to understand that the conductivity (sigma ) increases with the concentration of dissolved salts (salinity S). The conductivity also increases with increasing temperature , and this may be reasonably associated with an increase in mobility of the ions. Although the increase of (sigma ) with S may be easily understood intuitively, this does not immediately provide much indication of the distribution of (sigma ) in the ocean, even for oceanographers familiar with the distributions of S. Even the typical vertical profile of (sigma ) is not easily anticipated because of opposing tendencies in the dependencies of conductivity and density on , S. While (sigma ) 증가 with both S, the water density ( ho ) 증가 with S but 감소 with . With possible exceptions that are volumetrically rare (e.g., surf zones), the oceans are stably stratified and ( ho ) increases with depth. This alone, however, does not immediately provide intuition on the profile of (sigma ) or whether the profile is even monotonic with depth. It seems then to be the case that quantitative and even qualitative understanding of the distribution of ocean conductivity must be obtained through original analyses of observations, rather than through reference to other well-described ocean parameters.

Global conductivity in previous studies

In early studies, and even continuing to recent work (e.g., Tyler et al. 2003 Kuvshinov et al. 2006 Schnepf et al. 2014 Sabaka et al. 2015), the electrical conductivity of the ocean has often been assumed to be uniform. In some applications involving idealized or model comparison studies, this may be justified but it is also clear that a reliable global description or gridded data set of the observed ocean conductivity was not available. Tyler et al. (1997) and several subsequent studies extending to the present (e.g., Irrgang et al. 2016a, b) included a description of the three-dimensional ocean conductivity as obtained from the temperature, salinity, and pressure variables in a global ocean circulation model. While the conductivity obtained this way is expected to be dynamically consistent, it remains unclear how realistic the description is and, most importantly, how well it agrees with the large set of scattered observations.

Climatology data sets for other ocean parameters (e.g., temperature, salinity, density) have long been available and used in a broad variety of oceanographic applications ranging from observational studies to ocean modeling. But a climatology data set for conductivity has not previously been available and construction of such requires a major effort. Climatologies of ocean temperature and salinity, for example, attempt to represent the most reliable gridded data sets that can be constructed from the large set of historical observations taken using a variety of methods and instrumentation. Conductivity depends nonlinearly on temperature and salinity, and the separate temperature/salinity climatologies are constructed from quite different sample distributions. Conductivity should then be calculated from co-observed temperature and salinity.

Alternatively, one may calculate a description of conductivity directly from climatologies of temperature and salinity. Such an approach was used to obtain the conductivity in Manoj et al. (2006), and these data have been adopted in later studies (e.g., Kuvshinov 2008 Sabaka et al. 2015 Schnepf and Kuvshinov 2015 Grayver et al. 2016). While this may reasonably provide a quick approach to obtaining a gridded conductivity data set, a major weakness is that the realism is immediately suspect and the uncertainties are not easily assessed. The only published study so far to include gridded conductivity calculated from observations is the Tyler tidal magnetic field simulation in Sabaka et al. (2016). The latter data (a preliminary data set of that presented in this study) used data from the longer range 1978–2012, and this date range was adjusted to 1981–2010 in this study to follow the time span convention of other climatologies.

As described, previous descriptions of global ocean conductivity are either recognizably simplistic, or their degree of realism is difficult to assess. Of course with the climatology provided here, the errors associated with previous approaches can now be addressed, and a discussion toward this is included in “Use of climatology to assess errors in previous assumptions” section.


How does one find the electric conductivy of a planet's atmosphere? -천문학

Why doesn't the magma in the Earth's core cool down and solidify? What is the source of energy for maintaining its molten state?

The Earth's core does, in fact, cool down over time, and eventually it will solidify completely. Since the Earth's magnetic field (which protects the atmosphere and biosphere from harmful radiation) is generated by molten iron in the core, the solidification of the core might seem quite foreboding. Fans of the 2003 sci-fi film The Core will know what I'm talking about. Fortunately, the reader need not worry: let's see why.

First things first, let's establish the facts. The diagram below shows the interior structure of the Earth as a whole. Right now, the Earth's core has both solid and liquid components, which respectively make up the innerouter core (shown in light and dark grey).

When the Earth formed, it would have been entirely molten due to the release of gravitational energy at this time, the Earth became chemically differentiated, meaning that heavy elements (notably iron) mostly sank to the center to form the core while relatively light elements remained in the mantle and crust. The energy released by the formation and differentiation of the Earth is often called primordial heat.

It turns out that, if primordial heat had been all the Earth had to work with, the core would have completely solidified long ago, which is inconsistent with observation. As the question suggests, something else must provide additional heat to slow the solidification of the core this alternative heat source so happens to be radioactivity.

As we noted before, heavy elements mostly ended up in the Earth's core. One might think, therefore, that the core contains most of the Earth's budget of radioactive substances. It turns out, however, the most important radioactive species on Earth -- uranium-235 and -238, thorium-232, and potassium-40 -- are lithophilic or 'rock-loving.' Lithophilic elements readily form chemical bonds with oxygen, which helps them to remain in the crust and mantle while others sink to the core.

As they decay, radioactive atoms release energy as radiogenic heat in the mantle. Much as an electric blanket keeps you warm on a cold winter's night, radiogenic heat has allowed Earth's core to remain hot and molten far longer than primordial heat. Specifically, the timescale for the core to cool and solidify is related to the half-lives of the species that supply radiogenic heat, which range between 700 million and 14 billion years. The Earth is currently about 4.57 billion years old, so there is plenty of "fuel" left to maintain a partly molten core.

(By the way, don't worry about the radioactivity in Earth's interior -- it is in no way dangerous to you, your loved ones, or your cat.)

In summary, the Earth's core is cooling very, very slowly some of it has solidified, but it will take many billions of years for the rest to follow suit.

Correction: An earlier version of this article stated that most of the Earth's radioactive elements were in the core rather than the mantle. The Curious Team apologizes for this error.


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