从早期人类对宇宙的概念到热大爆炸,介绍宇宙学。主题包括:测量空间和时间、宇宙距离阶梯、引力、广义相对论和时空曲率、宇宙膨胀、大尺度结构、早期宇宙、宇宙微波背景、核合成、暗物质、暗能量和宇宙的最终命运。重点将放在我们如何了解我们对宇宙的了解,包括观察和实验证据。(仅 ABC/NC 评分)课程属性:
局域测量可看作是一种“量子猝灭”,即由突然扰动引起的非平衡动力学,近几十年来尤其是在量子多体系统弛豫的背景下对其进行了研究(见 [28] 及其中的文章)。此类扰动破坏了系统的均质性,使其研究具有挑战性。在可积模型中,对存在不均匀性时的动力学最有效的大尺度描述可以说是所谓的“广义流体动力学”(GHD)[29–31]。尽管 GHD 正确地预测了众多猝灭方案(例如在双温度场景中)中局部可观测量的大尺度动力学,但该理论提供的信息有时并不完整。第一个例子在参考文献中展示。 [32],考虑了大规模海森堡模型:GHD 的成分对自旋翻转下的奇数可观测量视而不见,因此需要包含一个额外的独立连续性方程。参考文献 [33–37] 中考虑了一个更引人注目的例子,其中 GHD 保持了一种对称性,但在热力学极限下却被打破了:不遵守该对称性的可观测量受到一类局部扰动的影响,这些扰动发生在任意长时间内,距离不均匀性很远。
大气和海洋的平均状态是通过外部强迫(辐射、风、热量和淡水通量)与产生的湍流之间的平衡来确定的,湍流将能量转移到耗散结构。这种强迫在大气中产生喷流,在海洋中产生洋流,这些涡流通过斜压不稳定性自发地形成湍流涡流。气候理论发展的一个关键步骤是正确地纳入涡流引起的热量、水分和碳等特性的湍流输送。在线性阶段,斜压不稳定性在罗斯贝变形半径处产生流动结构,罗斯贝变形半径在大气中的长度为 1,000 公里量级,在海洋中为 100 公里量级,分别小于行星尺度和海洋盆地的典型范围。因此,温度等特性的大尺度梯度与随机平流温度的小涡流之间存在尺度分离,从而引起有效扩散。数值解表明,只要大气和海洋底部有足够的阻力,这种尺度分离就会在强非线性湍流状态下保持下去。我们计算了控制与斜压湍流相关的涡流驱动输送的尺度定律。首先,我们为以前研究中报告的经验尺度定律提供了理论基础,适用于底部阻力定律的不同公式。其次,这些尺度定律为准确的局部闭合提供了重要的第一步,以预测斜压湍流对大气和海洋大尺度温度分布的影响。
无论灾难是流行病、火灾还是洪水,当紧急情况发生时,高质量数据的价值都会大大提升。当事件发生的位置准确时,规划和响应行动将得到极大改善。估计疏散地点的位置和规模以及人数,可以实时绘制受影响建筑物的地图并进行统计数据。此外,我们的数据有助于使用其他数据源(例如大尺度地面高程模型)对未来事件进行预测建模,并有助于更好地规划基础设施,例如放置堰或堤坝以分流水。这些宝贵的见解还有助于管理支持计划,例如赠款和付款援助。
摘要 理论上,人们已经很好地理解了大尺度电磁场和等离子体之间能量交换的基本过程,但在实践中这些理论尚未得到检验。这些过程在所有等离子体中普遍存在,特别是在行星磁层和其他磁环境中高贝塔等离子体和低贝塔等离子体之间的界面上。尽管这样的边界遍布等离子体宇宙,但尚未完全确定释放储存的磁能和热等离子体能量的过程,而且每个过程的相对影响的重要性尚不清楚。尽管在理解磁重联中磁能转化为动能释放能量方面取得了进展,但过渡区中拉伸场线和较松弛场线之间区域的极端压力如何通过等离子体和场的绝热对流平衡和释放仍然是一个谜。必须检验最近的理论进展和大尺度不稳定性预测。从本质上讲,人们对负责的过程仍然了解甚少,问题尚未解决。提交给 ESA 2050 号航程的白皮书以及本文内容旨在强调三个具有明显国际意义的未决开放科学问题:(i) 局部和全局等离子体物理过程的相互作用;(ii) 能量转换过程中电磁能和等离子体能的分配;(iii) 哪些过程驱动低和高贝塔等离子体之间的耦合。我们讨论了当前最先进技术所需的新测量和技术进步,以及几个候选任务概况,这些国际高优先级科学目标可以通过这些候选任务概况得到显著推进。
我们报告说,尽管3C - SIC高度有缺陷,但在3C-SIC 12,14上使用Ni/Cu BiLayer在大尺度上均能使用均匀的石墨烯,而不是3C - SIC的调用热分解途径。17镍与SIC形成镍硅的催化反应和释放原子碳的催化反应,并结合铜分布在大面积上释放的碳并促进其绘画的催化反应,尽管伴有高度有缺陷的性质性质,但仍可以连续地石墨烯覆盖。12尤其是,我们将这种改进归因于该系统在1100°C下的液相外观生长18 - 20条规范,与通过3C - SIC的3C热分解相比,碳原子具有更长的二次分解长度。12
中尺度(和大尺度)大气系统与边界层热力学结构之间的差异,以及地球极端物理环境和不同地表条件的制约,导致全球存在各种各样的边界层结构。太空边界层观测系统可能会发现新型边界层热力学结构(及其与整个地球系统的相互作用),特别是在海洋和极地等观测稀少的世界区域。在这种背景下,太空边界层任务将是一项发现任务。表 1-1 简要总结了四个关键的边界层科学目标以及与每个边界层科学问题相关的主题。第 4 章介绍并讨论了更详细的初步科学和应用可追溯性矩阵(SATM)。
海洋通过吸收大约25%的人为二氧化碳排放量来自然在缓解气候变化中起着至关重要的作用(LeQuéré等,2018)。为了实现巴黎协议气候目标,越来越多地认识到,负排放技术(NET)(例如海洋二氧化碳去除(MCDR))对于补充减少排放工作将是必要的(IPCC,2018年)。MCDR在大尺度上可以通过捕获人为的二氧化碳(CO2)并将其存储在海洋中长时间,从而显着帮助缓解气候变化。本评论探讨了新兴的MCDR技术,允许长期(1000年+)CO2存储,同时考虑这些技术的安全问题,功效和环境影响,以及对强大MCDR行业增长至关重要的有效因素。
陆地表面模型 (LSM) 模拟陆地表面与大气之间的水、热和碳交换,并在气候模型中表示这些过程。气候模型反过来也从用于概念性理解大尺度气候特征(如大陆边界效应(例如 Manabe,1969))的极其简单的工具发展成为更类似于操作天气预报工具的工具。气候预测现在为数百万美元的决策提供信息,这反映在研究科学家面临的压力中,即提供“气候系统四个主要组成部分的全面表示”(Gordon 等人,2002)“以模拟过去、现在和未来的气候”(Collins 等人,2006)。这种焦点的转变推动了模型评估性质从定性到定量分析的相应转变。