团组概况

Group icon课题组长:孔大力

研究领域

“行星物理与磁流体力学”课题组于2017年6月依托上海天文台天文地球动力学中心成立。课题组固定成员包括孔大力研究员、李力刚研究员、成剑霞副研究员、黄辰亮副研究员、唐凯副研究员、李希之助理研究员和连雨辰博士、李文博博士。本课题组聚焦行星物理特别是行星流体力学研究领域,综合利用理论分析、数值模拟和实验研究的等手段,主要研究方向包括:

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一、快速旋转行星的静力学平衡形状和内部结构

孤立的旋转天体在自引力、流体压强和旋转离心力三者存在的情况下达到静力学平衡,理解行星的流体静力学平衡结构是准确研究行星内部各种动态物理过程乃至行星形成和演化的基石。近年来,伴随着JUNO和Cassini等高精度深空探测计划的开展,对行星特别是气态大行星流体静力学平衡形态与结构的研究掀起了一波新的高潮。该方向的研究人员包括孔大力、李力刚、李文博等。


二、气态行星大气运动

气态行星大气运动存在丰富的动力学特征,包括全球尺度的带状环流、直径上千公里且持续稳定存在的强劲涡旋(如木星大红斑)以及精细的湍流形态等。气态行星大气运动的深部结构是一个长久以来受到持续关注的基础行星物理问题,这也因此成为Juno和Cassini探测计划以及未来我国行星探测项目重要的科学目标。该方向的研究人员包括孔大力、李力刚、连雨辰等。

三、行星深部对流与磁场产生过程

行星存在内禀磁场是一种普遍的情况。行星磁场对行星内部状态与外部环境有着重要意义。行星磁场的产生于维持来源于内部复杂的磁流体动力学过程,俗称“行星发电机”。“发电机”过程将行星内部的一部分热能和旋转动能转变成电磁能,这一转换过程中的动力学机制是行星物理中存在的一个宏大基础性课题,是数学、流体力学、理论物理与计算科学交叉的困难问题。该方向的研究人员包括孔大力等。


grid of finite element四、行星磁场和等离子体环境

行星磁场与太阳风或其它粒子环境相互作用产生类型丰富的磁化等离子体活动。行星周围磁化等离子环境中的等离子体波动和电磁波传播机制的研究是沟通地球物理、空间物理和行星物理研究的交叉学科。相关理论与观测既帮助我们了解太阳系内的行星际环境,也是探测和研究太阳系外更广阔的系外行星世界的重要手段。该方向的研究人员包括孔大力、成剑霞等。

五、计算行星流体力学

行星物理和行星磁流体力学的研究早与现代高性能计算密切关联。三维磁流体动力学模拟是非常困难的,其计算量往往极大,非常依赖高并行度的大规模计算软硬件环境。我国在高性能计算硬件条件方面已经处于国际先进水平。充分利用已有的超级计算资源是我们行星流体力学研究的一个重要分支方向。该方向的研究人员包括孔大力、李力刚、连雨辰、李文博等。

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六、太阳爆发现象


研究太阳耀斑,日冕物质抛射,暗条,日珥及相关的爆发现象;太阳爆发现象的多波段数据分析;非局部热动平衡计算和辐射转移。该方向的研究人员包括成剑霞等。

七、太阳系小天体研究

数量众多的小行星和彗星是太阳系中很有特色的一大类天体,包含许多行星科学中的未解之谜,也是了解太阳系产生与演化过程的重要途径。人类对小行星和彗星的观测数据越来越丰富。小行星研究的方向包括:高速小天体撞击引发的行星表面构造特征;近距离绕转小天地低速碰撞合并过程;小天体的热物理性质;充分利用多种观测(光学、红外、遥感等)数据开展小行星、彗星物理性质的研究。该方向的研究人员包括李希之等。

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八、 太阳系外行星大气流体动力学逃逸

太阳系外行星是当下天文学中最热门的研究领域之一,而行星大气的流失对行星的演化过程有重要的影响,是理解行星的演化与分布特性的重要一环。透射光谱方法为直接探测行星的高层结构及其流失过程提供了可能。通过构建包含非局域热平衡大气的流体动力学逃逸模型,结合大气中的辐射转移计算,与观测到的行星大气透射光谱特征进行比较,可以增进对热木星高层大气结构及逃逸机制的理解。该方向的研究人员包括黄辰亮等。

九、 太阳系外类地行星的内部结构模拟(Magrathea)

由于拥有固体或液体的表面,类地行星是寻找地外生命的首选。类地行星的内部结构模型可以根据给定的行星构成,计算其半径以及内部的密度、温度和物相分布。内部结构模型这一工具有很广泛的应用,比如可以用来对已知质量和半径的行星的内部组成成分进行粗略分析。该方向的研究人员包括黄辰亮等。



此外,课题组研究方向还包括:行星的自由振荡和动力学潮汐响应、行星大尺度动力学过程的重力场信号、天然卫星系统的长期演化、基于地磁数据的地磁场模型与空间天气模型等。

课题组目前得到国家自然科学基金项目、国防科工局民用航天技术预先研究项目、中国科学院B类战略性先导科技专项、上海市科委港澳台合作项目的支持,并作为核心科学团队成员参与澳门科学卫星任务。


课题组长:孔大力

课题组职工:李力刚,成剑霞,黄辰亮,唐凯,李希之
博士后:连雨辰,李文博

博士生:陈修宇,朱旭娇,王玉洁,厉奕行,
薛姗姗
硕士生:唐瑞瑞,袁煦童,何从瑞

前成员:

博士后:王娅冰,
马欣

 
2024年团组合照
后排左起: 王玉洁,朱旭娇,薛姗姗,唐瑞瑞,厉奕行,陈修宇,袁煦童
 前排左起:唐凯,李文博,李希之,李力刚,孔大力,成剑霞,连雨辰,黄辰亮
学术报告