物理与天文学院余聪教授指导学生在国际知名学术期刊发表学术论文

    近日，物理与天文学院余聪教授指导本科生在国际知名学术期刊《The Astrophysical Journal》发表题为《Boundary Layers of Circumplanetary Disks around Spinning Planets. I. Effects of Rossby Waves》的学术论文。第一作者为我院2019级天文学专业本科生付智豪，该成果为学院2022年大学生创新训练项目成果之一，项目指导老师和论文通讯作者均为余聪教授。

    现有理论认为，气态巨行星形成过程中，会从环绕行星的盘中吸积物质。盘内的物质落入行星之前，会经历一个由开普旋转转变为刚体旋转的过渡区域，称之为边界层。同时，该过程会激发起向两侧传播的波，传递角动量并改变系统的结构与性质。目前，科学家们的研究主要集中在无自转速率行星的边界层问题上，然而太阳系内的气态巨行星高自转速率表明，自转速率可能对边界层内波行为起着很重要的作用，本论文正是研究了行星自转速率对边界层内波行为的影响。

    基于流体力学基本方程组，论文采用线性扰动分析的方法来研究边界层问题中的角动量传输。先是复现了无自转速度下的全局声波模式，即行星吸积物质并加快其自转速度。考虑了自旋效应以后，发现了一支新的全局模式，该模式将造成行星损失质量并减慢其自转速度。这种低频模式的色散关系类似于地球大气的Rossby波，作者将其命名为Rossby模。Rossby模可以导致角动量的外流和旋转行星的气体减少，提供了一个调节行星自旋和质量的负反馈。

    论文进一步比较了这两种模式的增长速率与边界层的宽度、马赫数和行星自旋速率的关系。结果表明，在高自旋速率下，Rossby模将占主导，因此行星将减缓加快自转速率的过程，稳定在一个值附近。本研究的结果揭示了气态巨行星的自旋终止速率和渐进质量的基本流体力学机制。

    大学生创新训练项目，是我院开展早期科研训练，进一步培养和提升学生的学习力、思想力、行动力的重要举措。我院将继续鼓励和支持本科生参与到科研训练中，让学生有更多的科研锻炼机会，进一步提高我院本科生综合素质和人才培养质量。