超级计算机模拟图

10.太阳黑子真面目

美国太空网报道，太阳表面存在的强烈磁性活动标记——暗红色太阳黑子，一直以来都是一个难解谜团。目前，一项最新超级计算机模拟显示了太阳黑子内部的真实特征状况。
深入分析太阳黑子的复杂结构将有助于科学家更好地理解和预测由于这些太阳黑子所形成通讯系统和地磁暴模式的潜在影响。美国国家大气研究中心（NCAR）的马提亚－雷姆佩尔（Matthias Rempel）是帮助建立这项模拟实验的科学家之一，他说：“这是我们首次完整地建立太阳黑子模型，如果你要理解地球大气层系统形成的因素，你必须要深入掌握太阳黑子是如何进化形成的。”

太阳黑子是一种强烈的磁场活动，它就像是动荡物质上的一个帽子。太阳黑子要比周边区域更黑一些，这是由于它的温度较低，大约是5500摄氏度。太阳耀斑和日冕通常出现于太阳黑子活跃区域，这些等离子风暴能够连续侵袭地球的大气层，并扰乱地球上的电力网络、地球轨道上的人造卫星等。

太阳黑子的活动周期通常为11年，目前正处于太阳黑子活跃低谷，因此很少观测到处于活跃状态的太阳黑子。科学家最新计算机模拟了长度5万公里，宽度10万公里，纵深度6000公里的太阳区域，结果显示捕捉到几对相反磁极性的太阳黑子。该模拟揭示了太阳黑子的中央黑影部分，以及灯丝状的部分从太阳黑子向外部延伸，该部分叫做太阳黑子的“半暗部”。

这项最新模拟研究表明，太阳黑子内部的磁场将倾向于某些方向，从而形成复杂的结构。雷姆佩尔和他的同事们认为太阳黑子的特征可由磁场传送对流现象进行解释。

美国国家大气研究中心的迈克尔－克诺尔克（Michael Knoelker）说：“这是一项具有突破性的模拟实验，所形成的这张图像能够让人们更清楚地观测到太阳表面太阳黑子的外观、结构、动态变化和衰减状况。”

此项模拟实验是基于美国国家大气研究中心的“蓝火”超级计算机运行的，所用的观测数据来自于地面和太空基础的望远镜。该研究发表在出版的网络版《科学》杂志上。

11.模拟黑洞内部状态验证霍金理论

日本高能加速器研究机构日前发表新闻公报说，该机构的研究人员成功地用超级计算机模拟了宇宙黑洞的内部状态，验证了霍金关于黑洞辐射的理论。

黑洞是质量极度集中的天体，其引力之大可以使周围的时空发生弯曲，包括光线在内的所有物质都会被黑洞吞噬。但英国物理学家霍金于１９７４年提出，黑洞也会放出光子和中子等，即存在霍金辐射，而且黑洞的质量越小，温度越高，“蒸发”的速度就会越快。不过由于技术等方面的限制，科学家们此前一直未能验证霍金辐射理论中温度和能量的关系。

在这项最新研究中，高能加速器研究机构的研究人员以超弦理论为基础开发出了一种根据频率对“弦”的振动进行计算的新方法，从而计算出了黑洞中心附近“弦”的凝聚状态的能量。超弦理论认为，“弦”是组成物质的最基本单元，所有的基本粒子都是弦的不同振动激发态。研究人员再把模拟计算结果绘成和温度对应的图表，结果显示，黑洞能量随温度的变化情况与霍金的理论一致。


这项研究开辟了将超弦理论应用于各种问题的可能性，使这一理论有望在探明黑洞蒸发现象、宇宙起源和万物诞生等方面发挥重要作用。

12.宇宙中的第一颗星球

宇宙茫茫无际，有着无数的星球，没有任何人可以数的过来，仅在我们的银河系就有4000亿颗星球，不过，宇宙一开始并不是这个样子。
在我们宇宙形成的最初数百万年里面，没有一颗星球存在。在数百万年后才出现了第一颗星球。这颗最原始的星球很可能是一颗巨大明亮的庞然大物，它要比现在的任何星球燃烧的更明亮，更快速。
现在，一个新型的计算机模型得出结论认为宇宙的第一颗星球要比原先所认为的形成时间还要更早。
在其他的一些研究中，曾认为宇宙中的第一颗星球是在宇宙137亿年前大爆炸之后的1.55亿年之后才开始发光存在的。
可是，这项新的计算机模拟却表明第一颗星球的形成时间还要更早。它大约形成于宇宙年龄只有3000万年的时候。而且，该模拟还指出了像我们现在银河系这样庞大的宇宙第一个星系形成于接下来的3.7亿年。
该计算机模拟的细节将发表在即将出版的《皇家天文学会月报》上。

使用详细的计算机模拟，天文学家重新构建了第一颗星球形成的条件，甚至列出了后来其他星球形成的精确步骤序列，以及最终星系的形成。例如，天文学家猜测，由一个暗物质和气体所组成的密集的云形成了宇宙的第一颗星球。同时，他们认为，我们现在的星系是宇宙初期许多更小的星系合并后的产物。可是，要估算出第一颗星球的形成时间是十分苦难的，因为，即使最强的超级计算机每次也只能模拟宇宙的很小一部分。这个计算机模型由以色列特拉维夫(Tel Aviv)大学的天体物理学家瑞南·巴克纳和他的同事们共同创造。

按照恒星标准，最原始的这颗星球是一个庞然怪物。它可能有着我们100个太阳大小，而且释放出大量的能量射线，尤其是紫外线范围，加入人类看到它的话，它将是一个紫罗兰色的星球。
宇宙的第一颗星球要比现在所有的星球都要明亮，并且它将它的星球生命压缩到了只有200万到300万年，而一般现在的星球的寿命有着几十亿年。比如说，我们的太阳，现在正处在中年时期，它大约存在了46亿年之久了。
科学家认为，当这颗原始星球燃料耗尽的时候，便以一颗超新星的形式发生爆炸，将重物质释放到了宇宙之中，为下一代星球的产生创造了舞台。
巴克纳说，“在一个短暂的时期之后，整个宇宙中的星球便开始变的更加多。”他说，宇宙的第二代星球大约开始于第一颗星球的100万年后，大约500万年后，出现了100个星球，大约在1000万年里，10000个燃烧的星球照耀着天空。
第一颗星球主要由氢和氦所组成，而后来的星球则更多的包含了更重的物质，如碳和铁。
巴克纳说，从第一颗星球释放出来的光芒，仍然可以被观察到。
在宇宙中，越老的天体，距离我们越远，要观察到第一颗星球所发出的光芒，需要使用一个比哈勃望远镜敏感1亿倍的望远镜，但是，我们知道这是不可能的。
巴克纳说，“假如第一颗星球确实特别庞大，并且产生了一个巨大的超新星爆炸或伽马射线的暴发，那么我们就有机会在未来的几十年里通过设备观察到这次爆炸。”