磁场在宇宙中无处不在——行星、恒星、整个星系——而且它们出奇地有序，尽管按理说它们应该是一团混乱。几十年来，科学家们一直挠头思考，太空中的无序如何能产生如此大规模的秩序。现在，威斯康星大学麦迪逊分校的研究人员认为他们找到了缺失的拼图，而这涉及一些真正庞大的数字运算。
在《自然》杂志上发表的一项新研究中，该团队运行了超级计算机模拟，其精细程度达到了在三维空间中使用1370亿个网格点。这不是笔误。这些模拟产生了0.25拍字节的数据，并在普渡大学的Anvil超级计算机上消耗了近1亿CPU小时，重点研究了湍流等离子体流如何自发发展出有组织的喷流状结构，进而产生大尺度磁场。
“宇宙中的磁场是大尺度和有序的，但我们对这些磁场如何产生的理解是，它们来自某种湍流运动，”研究主要作者、前威斯康星大学麦迪逊分校物理学研究生、现哥伦比亚大学的Bindesh Tripathi说。“鉴于湍流被认为是破坏性的因素，问题仍然存在：它如何产生建设性的大尺度场？”
研究团队发现，关键在于添加一个不断更新的速度梯度——基本上，系统不同部分以不同速度运动，就像骑自行车的人撞到路缘，自行车停了但骑手继续前进。太阳内部和中子星合并时也会发生同样的事情。当研究人员在没有稳定大尺度梯度的情况下运行模拟时，有组织的磁场结构从未形成。混乱统治一切。有了梯度？秩序出现了。
“所以这确实是主要关键：拥有一个稳定的大尺度速度梯度，”Tripathi强调。
这不仅仅是学术上的空想。这些发现可能有助于解释从黑洞形成到中子星合并，再到为什么太阳风暴有时会直冲地球的一切。它们可能最终解决一个70年之久的关于磁发电机的谜题——产生磁场的过程——这些过程一直顽固地拒绝产生天文学家实际观测到的大尺度有序结构。
“通过发电机产生磁场已被广泛研究了70年，令人沮丧的结果是，产生的磁场几乎总是小尺度且高度无序，与观测结果相反，”威斯康星大学麦迪逊分校物理学教授、资深作者Paul Terry说。“因此，这项工作可能解决一个长期存在的问题。”
虽然我们无法在遥远的宇宙环境中测试这一点，但2012年在威斯康星等离子体物理实验室进行的早期实验——曾让现有理论困惑——现在变得更有意义了。所以，恭喜超级计算机：你终于让太空磁性不那么神秘了。