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title: "分子云塌缩与磁支撑互动实验｜Sandbox Physics"
description: "这片气体会回弹，还是被引力越聚越密？短尺度的密度起伏，容易被压力推回；较长的起伏可以被自身引力放大。"
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last_modified: "2026-11-04"
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压力、引力与方向

# 分子云塌缩与磁支撑

**这片气体会回弹，还是被引力越聚越密？** 短尺度的密度起伏，容易被压力推回；较长的起伏可以被自身引力放大。磁场还会按方向改变响应：沿场压缩可能继续增长，横向压缩却受到恢复。

准备一段密度起伏，看同一片气体怎样受压力和引力推动。再到独立线性磁模型转动场向，用探针读取并保存实际状态。

> 交互仿真：在浏览器中打开本页，即可调整参数并运行模型。

模型假设

非线性分支求解非磁、等温Euler–Poisson气体，第三方向不变，密度为体密度，质量按单位深度计算。平面两方向均周期，Poisson方程只响应密度与瞬时平均值之差，去掉均匀背景整体塌缩。浏览器采用64乘64保守网格，只在声明的Jeans比和幅度范围内演化到时间二；抽样收敛比较没有证明整个连续域的误差定理。时间二点五的固定参考另属基准。候选状态低于八个局部热Jeans格数前停止，这个指标本身不能认证碎裂精度。磁分支另算均匀背景上的严格线性六变量理想磁流体引力波，在相对扰动上限前停止，没有求非线性磁塌缩。磁力保留方向，未换成各向同性声速。密度和速度取自同一份保存状态。等温闭合规定温度，没有求热平衡或辐射损失。没有受驱湍流、吸积粒子、反馈、观测云图或恒星质量函数推断。颜色插值数值样点，速度箭头作放大。拖动初始密度中心表示重新准备初态。

## 先读状态，再检查解释

接受步上的有符号波幅

青线是实际状态，浅色虚线另示从静止开始的小扰动极限。

穿过所选探针行的密度

琥珀标记选中一格实际单元。

这是一幅数值气体剖面，不是望远镜影像。非线性气体与严格线性磁波是两个独立模型。导出保存接受的数组、设置、历史、探针和单位。

物理教程

## 从静止起伏开始看

**背景** 稍密的一片气体会把周围气体拉进来，压力梯度又向外推。谁占上风，既取决于温度与密度，也取决于起伏的波长。

**为什么值得理解** 网格上冒出一个密结，可能是气体正在聚集，也可能已超出数值分辨能力。跟着质量收支与局部Jeans分辨率看，才能分清这两件事。

先抓重点

- **核心问题**: 同一段起伏沿着或横着磁场时，有什么不同？
- **一句话直觉**: 压力抵抗压缩，引力促进聚集；磁力还要看方向。线性磁波与非线性气体计算回答的问题不同。

### 核心数学模型

#### 质量连续性

$$
\partial_t\rho+\nabla\cdot(\rho\boldsymbol v)=0
$$

穿过一格边界的质量进入相邻格。周期盒没有外加质量源。

#### 非磁小扰动波

$$
\omega^2=c_s^2k^2-4\pi G\rho_0
$$

频率平方为正时振荡，为负时允许增长；初速度决定增长与衰减分量各占多少。

#### 有方向的磁响应

$$
\omega^4-[(c_s^2+v_A^2)k^2-\omega_J^2]\omega^2+v_A^2k^2\cos^2\theta(c_s^2k^2-\omega_J^2)=0
$$

压缩分支保留波矢与磁场的夹角。沿场的热引力不稳定性不会因为磁场增强而消失。

### 常见难点

#### 密结还不是恒星

**容易误解** 每个亮密结都是一颗新恒星。

**正确理解** 这里算的是等温气体，没有吸积粒子、热反馈或恒星质量推断，演化也受明确的支持时间限制。

#### 磁支撑有方向

**容易误解** 磁场就是各方向都更大的声速。

**正确理解** 独立线性分支实际演化磁感应与横向速度，转动场向会改变耦合；它没有求非线性磁云。

### 动手实验

1. 01

   #### 先看压力回弹

   选择“压力回弹”，看下方有符号波幅怎样向下走。

   **你会看到：** 气体从静止起步，较短的热波长让起伏回落，没有持续增长。

2. 02

   #### 重新准备中心

   选“气体聚集”，拖动青色中心。这会以平移后的密度起伏重新起步。

   **你会看到：** 整个周期盒保持可见，琥珀色探针读取当前实际网格，与初始中心互相独立。

3. 03

   #### 转动线性模型的场向

   选“线性沿场增长”，再把场向柄转向直角。

   **你会看到：** 严格线性响应改变，是因为速度与磁扰动的耦合不同；相对幅度停止条件限制了这种近似。

4. 04

   #### 核对同一份状态

   暂停，移动琥珀色探针，再保存当前场。对照所选行与波幅历史。

   **你会看到：** 颜色、速度、探针与导出数组都来自接受的状态；浅色小扰动曲线则另列为参照。

物理结论

有用的云计算要把密度图、动力学、质量收支和分辨率边界连起来；加入磁力时，还必须保留方向。

## 相关实验与文章

分子云、引力与磁场方向 · 阅读路径

### 分子云、引力与磁场方向

这条阅读路径里用到本实验的文章，后面跟着它们推荐的其他实验。

1. [文章 **为什么冷气体仍会聚成团**](https://sandboxphysics.com/zh/stories/molecular-clouds/why-cold-clouds-gather/)
2. [文章 **Jeans尺度怎样分开振荡与增长**](https://sandboxphysics.com/zh/stories/molecular-clouds/jeans-length-and-a-clouds-mass/)
3. [文章 **磁场支撑为什么要看方向**](https://sandboxphysics.com/zh/stories/molecular-clouds/magnetic-support-has-a-direction/)
4. [文章 **网格何时已经分不清塌缩**](https://sandboxphysics.com/zh/stories/molecular-clouds/when-a-cloud-grid-stops-being-evidence/)
5. [文章 **从官方Jeans算例重走一遍**](https://sandboxphysics.com/zh/stories/molecular-clouds/replay-the-official-jeans-input/)
6. [文章 **一种质量收敛了，整条IMF就可靠吗**](https://sandboxphysics.com/zh/stories/molecular-clouds/why-a-converged-mass-is-not-the-imf/)

运动与动力系统 · 入门路径

## 从一次下落到一条轨道

先测重力，再分解运动，加入接触力与碰撞，最后把同样的定律带到轨道上。

[从这里开始 → **自由落体与重力测量** 采集几次下落，用相机记录的位置拟合重力加速度；再加入空气阻尼，看拟合结果怎样偏离真值。 观察 · 14 分钟](https://sandboxphysics.com/zh/labs/free-fall/)

1. [1 自由落体与重力测量](https://sandboxphysics.com/zh/labs/free-fall/)
2. [2 抛体飞行设计器](https://sandboxphysics.com/zh/labs/projectile-flight/)
3. [3 斜面与摩擦](https://sandboxphysics.com/zh/labs/inclined-plane/)
4. [4 一维碰撞台](https://sandboxphysics.com/zh/labs/collision-bench/)
5. [5 弹簧振子与周期标定](https://sandboxphysics.com/zh/labs/mass-spring/)
6. [6 轨道是怎样形成的](https://sandboxphysics.com/zh/labs/orbit/)

[查看完整路径 →](https://sandboxphysics.com/zh/topics/mechanics/#starter-path)