En bedre forståelse af rummet - via helikopter

En algoritme, der hjælper ingeniører med at designe bedre helikoptere, kan hjælpe astronomer mere præcist med at forestille sig dannelsen af ​​planeter og galakser.

Yale -forskere Darryl Seligman og Greg Laughlin har skabt en ny model for at forstå, hvordan sorte huller, planeter, og galakser dukker op fra rumets virvelrige miljøer. De hentede inspiration fra en maskinteknisk algoritme, der viser, hvordan luft strømmer forbi en helikopters rotorblade.

"Rummet er fuld af gas, støv, væsker, og turbulens. Vi ville gøre et bedre stykke arbejde med at regne med hvirvling af alt dette materiale, "sagde Seligman, en kandidatstuderende og første forfatter af undersøgelsen.

Den hvirvling kommer fra en hvirvel - eller rettere sagt flere hvirvler - som spinder og trækker tingene mod deres centrum. I særdeleshed, Laughlin og Seligman forsøgte at replikere virvlens vekselvirkning i en akkretionsdisk, som er det roterende felt af stof, der omgiver massive kosmiske legemer såsom sorte huller. Akkretionsskiver er ynglepladserne for nye planeter, solsystemer, og galakser.

Traditionelle modeller for planetformationer og lignende fænomener har været baseret på et eksplosivt kosmisk miljø, fuld af stærke stød. Laughlin og Seligman besluttede at skabe en ny model, kaldet Maelstrom3D, der fokuserer på vekselvirkningerne i et mindre brændbart kosmisk miljø.

I første omgang, forskerne så på computergrafiksimuleringer af eksplosioner som en model. Men de besluttede til sidst, at sådanne simuleringer ikke indeholdt det nødvendige kompleksitetsniveau for at modellere rumets turbulens.

Det var da de stødte på et årti gammelt studie af en gruppe mekaniske ingeniører. Undersøgelsen præsenterede en algoritme til at vise, hvordan helikopterrotorblade interagerede med hvirvler, de skabte.

"Når man designer en helikopter, det er bogstaveligt talt missionskritisk at få blad-vortex-interaktionen til at fungere korrekt, "Laughlin sagde." Darryl har været i stand til at overføre de strenge aeronautiske modelleringsrammer til simuleringer af astrofysiske miljøer, og det er klart, at dette gør en stor forskel. "

Ved hjælp af deres nye model, forskerne anvendte det på et hvirvelpar indsat i en hypotetisk patch af akkretionsdisk. De fandt to hovedforskelle fra tidligere modeller:Hvirvlerne kaster muligvis Rossby -bølger (atmosfæriske bølger), mens de snurrer, og antallet af baner mellem de to hvirvler, som er relateret til miljøets viskositet, er anderledes som gengivet med deres model.

"Vi var forbløffet over det detaljeringsniveau, vi var i stand til at opnå, "Sagde Seligman.

Resultaterne vises online i The Astrophysical Journal .

Han tilføjede, at Maelstrom3D måske har andre applikationer ud over astronomi. For eksempel, en nylig undersøgelse antydede, at gamle plesiosaurer genererede hvirvler med deres forreste svømmefødder, som hjalp deres rygflipper med at generere mere energi til fremdrift.

"Denne type væskedynamik ligner meget hvirvlerne, der genereres af bladvirvelinteraktioner i en helikopterrotor eller flyvinge, og er præcis den type fænomen, vores kode er designet til at håndtere, "Sagde Seligman.