スイスのスーパーコンピューター、核の謎を解く

Tiffany Trader

Zurich工科大学とLeeds大学の科学者チームは、地球の自転の性質についての300年来の謎を解明した。CSCSに設置されたCray XE6スーパーコンピューター「Monte Rosa」を使用して、研究者は地球磁場の漸進的な西方移動の理由を発見した。

3世紀の間、科学者たちは、この西方ドリフトについて知っていたが、その力学的関係性について完全に理解していなかった。今、Monte Rosaの高度なコンピューティングパワーと洗練された計算モデルのおかげで、彼らは答えを得た。

最初に地球磁場が人工的でないことを説明する必要がある。磁場は、有害な放射線から地球を保護するシールドとして機能する。それはまた、鳥やコウモリのような飛行する動物のためのナビゲーションシステムでもある。磁場は、液体の外核と固体の内核両方での地球ダイナモプロセスの結果である。

高度なコンピュータ シミュレーションを用いて、研究リーダーのLeeds大学のPhilip LivermoreはZurich工科大学のRainer HollerbachとAndrew Jacksonと共に、地球の核で行われている力学的プロセスが作用する磁場を発見した。

固体の鉄から成り、おおよそ月と同じ大きさの地球の内核は、東の方向に「超回転(スーパーローテート)」している。外核と磁場が本質的に西方へ押し出している一方、内核の回転は地球の他の部分より速い。

この原理は、1692年にハレー彗星で著名な自然科学者、Edmund Halleyによって最初に明らかにされたが、今まで説明できなかった。

スーパーコンピュータシミュレーションから、液体核の最も外側の端で地球磁場の力が西方に動かしていることが明らかである。同時に、これらの力は固体内核を反対方向(知っての通り東へ)に押し出している。その結果として、地球の内核の速度は、地球の自転よりも高速である。

これは、初めて科学者が外側と内側の核の回転に直接的な関連を引き出すことができたことである。

「そのリンクは、均等と反対行動の観点から単純に説明できました。」とLeeds大学の地球環境学部のLivermore博士は述べる。「磁場が内核を東方に押し出し、それが地球よりも速く回転する原因ですが、しかし液体の内核もまた反対方向に押され、それが西方移動を作り出します。」

プロジェクトは、スイスのルガーノにあるスイス国立スーパーコンピューティングセンターの計算資源、Monte Rosaのスーパーコンピューティング能力を必要とした。この高度な計算能力と改善されたソフトウェアで、科学チームは他のモデルより約100倍の精度で地球核を模擬することが可能となった。

スイスの HPCサービスプロバイダーコミュニティのWebサイト、hpc-ch.orgの研究に好意的な記事は、地球磁場の数値モデルがハイパフォーマンスコンピューティングで最も計算集約的なシミュレーションのひとつであることを強調する。古典力学と熱力学の両方を含む流体力学の支配方程式を解いている。この記事は、「地震波測定と共にそのようなシミュレーションは、 2,900kmの深さからはるばる6,378kmの深さの地球中心部への地球内部研究のための唯一のツールです。」と注釈する。それは近年になって、そのモデリングとシミュレーションで、これらの種類の地球内部の深い発見が可能なポイントへ前進できたのである。

「地球核中の電磁的な西方ドリフトの駆動と内核のスーパーローテーション」の完全な研究内容は、国立科学アカデミーの予稿集で利用可能である。