شبیهسازی فیزیکی ستارهای، گاز بینستارهای
ابزارهای ساختهشده
۱۰ مه ۲۰۰۴
artefact چیست؟ لاروس به ما میگوید که این یک ساختار تصادفی یا مصنوعی است که در طول یک آزمایش یا مشاهده ظاهر میشود. میتوان گفت که شبیهسازیهای عددی روی رایانه، که "آزمایشهای محاسباتی" هستند، به دنبال جستجوی دائمی artefact هستند. وقتی که ما میخواهیم شبیهسازی کنیم، به این معناست که سعی میکنیم یک پدیده را با "چیز دیگری"، یک سیستم جایگزین، آنالوگ، بازتولید کنیم. یک مهندس هواپیمایی با چنین مشکلی مواجه خواهد شد. گازهای غلیظ یا گرم به همان شکل گازهای کمفشار یا سرد رفتار نمیکنند. در مکانیک سیالات، این پدیدهها یا به طور کامل مطالعه شدهاند، یا حداقل با دقت بیشینه مطابق معیارهای شباهت (مانند عدد رینولدز) مطالعه شدهاند. اما با وجود دههها آزمایش، سازندگان هواپیما گاهی اوقات شگفتیهای بزرگی داشتهاند. به عنوان مثال، وقتی که هواپیمای بزرگ نظامی لوکهید گالکسی ساخته شد، مشخص شد که این هواپیما به پدیدهای به نام "اِرِنگ" حساس بود: شروع به "لرزیدن بالها" کرد، که آزمایشهای بادسنجی و شبیهسازیهای عددی هیچگاه آن را نشان نداده بودند. این لرزشها میتوانستند فاجعهبار باشند. در واقع، کاهش عمر سازههای یک هواپیما عمدتاً به پدیدهٔ خستگی مواد مربوط است. به جای تغییر ساختار بالهای این دستگاه، به جای آن سیستمی کنترلشده اضافه شد که با استفاده از بالهای کنترلی، این حرکت "لرزشی" را مهار کند. مشکل مشابهی برای ماهوارهٔ فضایی آمریکایی وجود داشت که مشکلات بسیار شدیدی داشت. در واقع، طراحان باید کیفیت پرواز آن را در تمام لایههای هوا که از کمفشارترین تا بیشترین فشار متغیر بود، پیشبینی میکردند. در این شرایط، "مرکز نیروی محرکه" جابهجا میشد. در اولین پرواز، به سرعت به سمت فاجعه نزدیک شد. با دریافت باری که به عنوان استاندارد تخمین زده شده بود، ماهواره ناگهان به سمت پایین خم شد به حدی که فرماندهنده مجبور شد فرمان را به سمت شکم خود بکشد. دستگاه تقریباً به پشت برگشت، که منجر به آسیب به تابعهای بالایی شد که به طور کامل برای تحمل گرمای بیشتر طراحی نشده بودند. دستگاه تنها بهطور نزدیک به حالت پرواز خود بازگشت. ناسا چه کرد؟ به جای طراحی مجدد دستگاه، بیشتر بارها را به پشت دستگاه منتقل کردند. اگر به جایی که ماهوارهها و بارها بسته میشوند نگاه کنید، همیشه در پشت قرار دارند. این موضوع بسیار کم شناخته شده است. ناسا به آن افتخار نکرده است. من از یک پیLOT آزمایشی این را یاد گرفتم.
در فیزیک ستارهای، ما امکان مقایسه سیستمهایی که بر روی صفحه نمایش میبینیم، با مشاهده مستقیم را نداریم. از نظر آسترونومی، ما همیشه در حالت تصویر ثابت هستیم. بنابراین، مشکل به طور ذاتی پیچیده است. علاوه بر این، ما همه چیز را اندازهگیری نمیکنیم. در بخش تئوری گازهای کینتیک، به ساختار محیط "در فضای سرعت" اشاره کردیم. اضافه کردیم که ما تنها به این اطلاعات در نزدیکی خورشید دسترسی داریم و نباید انتظار داشته باشیم که این وضعیت در آینده نزدیک تغییر کند.
با گذشت زمان، اندازهگیریها به شدت دقیقتر خواهند شد. خطاهای خطایی کاهش خواهند یافت. اما بیایید مثالی از یک کهکشان مارپیچی بزنیم. چه چیزی در مورد "منحنی سرعت" میگوییم؟
ما مؤلفهٔ شعاعی سرعت را از طریق اثر دوپلر اندازهگیری میکنیم. سپس فرض میکنیم که کهکشان تقریباً صاف است و حرکت جرمهای گازی تقریباً دایرهای است و از این رو منحنی سرعت گازی که در میدان گرانشی در حال چرخش است، که حدود ۹۰٪ از آن توسط ستارهها ایجاد شده است (حداقل این فرضیه طی مدت طولانی مطرح شده بود). چرا فرض میکنیم که مسیرهای جرمهای گازی تقریباً دایرهای هستند؟ زیرا تفاوتهای سرعت بین آنها (که معادل سرعت تصادفی گرمایی است) کم است، در حدود یک کیلومتر بر ثانیه. این مقدار کم است نسبت به برآورد سرعت چرخش. ستارهشناس همیشه از "سرعت باقیمانده" صحبت میکند، آنچه که پس از کم کردن حرکت متوسط (معادل "حرکت ماکروسکوپی") باقی میماند.
یک توضیح کوچک: گاز بینستارهای از چه چیزی تشکیل شده است؟ این