进动圆柱体中的流体动力学:对月球古老发电机的启示

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• 作者：姜建飞朱日祥张可可
• 会议时间：2014-10-19
• 关键词：月球磁场 ; 行星发电机理论 ; 流体动力学 ; 进动驱动 ; 圆柱体
• 作者单位：姜建飞,朱日祥(中国科学院地质与地球物理研究所 北京 100029)张可可(埃克塞特大学地球物理与天体物理流体力学研究中心 英国)
• 母体文献：2014年中国地球科学联合学术年会论文集
• 会议名称：2014年中国地球科学联合学术年会
• 会议地点：北京
• 主办单位：中国地球物理学会
• 语种：chi
• 分类号：R45

摘要

对月岩的分析表明,月球早期约4亿年间曾具有古老磁场,这意味着月球拥有过一个古老的发电机过程.将行星发电机理论应用于月球所得出的结论是,热对流或成分对流驱动作为动力并不足以维持月球发电机如此长期的运转.因此,月球上的古老发电机过程很可能是由地—月岁差(进动)为动力产生并维持的.本项工作旨在于研究进动驱动的流体是否足以维持月球古老发电机的运转.由于容器的几何形状并不影响其中流体的基本性质;因此,为了便于计算,同时不失物理和动力学的一般性,考虑一个内部注满均匀流体的封闭圆柱体绕其对称轴旋转,同时其自转轴绕另一空间固定轴作进动的情况.通过渐进分析和数值模拟两种手段,对上述进动驱动流体的动力学性质进行了研究,尤其着重于它是否能够产生足够的空问复杂度以驱动发电机运转。研究结果证实:在进动足够强的情况下,流体运动相当剧烈并最终充分发展为湍流。根据行星发电机的一般理论,这样的流体运动足以维持月球古老发电机的运转。