Vigorous convection in a sunspot granular light bridge
光桥是太阳黑子中对流最显著的表现。最亮的代表是由看起来类似于颗粒的特征组成的颗粒光桥。深入研究的对流运动，温度分层，和磁场矢量和周围的光桥颗粒的目的是确定的相似性和差异，典型的安静的太阳颗粒。利用空间耦合反演技术分析了日出太阳光学望远镜的分光偏振数据，反演了光桥和静日颗粒的分层大气参数。中心热的上升气流周围的冷却器快速下降流达到10公里/秒，清楚地建立轻桥颗粒的对流性质。在近表面层中的这些颗粒的内部部分是无场的，并且被尖点状磁场配置覆盖。我们观察到磁场反转的迹象在快速下降流的位置。黑子附近的宁静太阳颗粒被一个从黑子向外放射状延伸的低洼天篷场所覆盖。安静的太阳和轻桥颗粒之间的相似之处，指出颗粒轻桥在底层对流区的深锚定。快速，超音速下降流是最有可能的组合的结果，由于辐射冷却到邻近的本影和事实，我们的样品更深的层，因为下降流是直接相邻的倾斜壁的威尔逊凹陷的光桥颗粒的对流。
2014-07-04 astro-ph.SR
Near-surface stellar magneto-convection: simulations for the Sun and a metal-poor solar analog
我们提出了2D本地框模拟近地表辐射磁对流与规定的磁通量，进行了MHD版本的CO 5 BOLD代码的太阳和类太阳恒星的金属贫化学成分（金属丰度减少了100倍，[M/H]=-2）。所得到的磁流体动力学模型可用于研究金属丰度对磁化恒星大气性质的影响。初步分析表明，水平磁场分量往往是显着更强的光学薄层的金属贫乏的恒星大气。
2009-02-16 astro-ph.SR
Babcock Redux: An Ammendment of Babcock's Schematic of the Sun's Magnetic Cycle
我们修改巴布科克的全球发电机过程，维持太阳的22年磁周期的原始方案。修正后的方案符合Babcock观测到的磁活动周期和对流带的特征，并基于Spruit和Roberts（1983）关于对流带中磁通量管的想法。一系列的四幅示意图展示了对流区上方、内部和底部的磁场的全球配置从太阳黑子周期23到周期24的演化。修正方案的三个关键要素是：（1）当来自正在进行的太阳黑子周期的黑子区欧米加环场的净随极场被向极扫去以抵消和取代来自前一个太阳黑子周期的相反极性的极冠场时，它仍然与正在进行的太阳黑子周期的对流区底部的环形源场带相连接;（2）对流带自由对流的拓扑抽运作用使向极迁移的随极场的水平范围被推到底部，迫使它逐渐抵消并取代其下方连接当前旋回源场带与前一旋回极冠场的旧水平场;（3）在每个极半球，对流区纬向差异旋转低压通过不断剪切沉降的新水平场的极向分量，在正循环带的极向产生下一循环源场带。修正后的方案是巴布科克方案的一个更合理的版本，其可行性可以通过适当的运动学通量传输太阳能发电机模拟来探索。
2016-06-16 astro-ph.SR
Variation of Vorticity Gradient and Formation of Sunspots
基于旋转湍流热对流模型，采用旋转等效温度假设和新的对流判据，分析了涡度梯度对热输运的抑制作用，解释了太阳黑子的形成源于太阳对流层涡度梯度的变化。
2022-12-07 astro-ph.SR
The Emergence of Solar Supergranulation as a Natural Consequence of Rotationally-Constrained Interior Convection
我们调查如何旋转约束，深对流可能会引起超颗粒，在太阳光球中观察到的最大的不同的空间尺度的对流。虽然超颗粒只有微弱的旋转的影响，较大的空间尺度的对流样品的深对流区，大概是旋转的影响。我们提出了一系列的非线性，3-D模拟旋转对流的数值结果，并检查下实现的Rossby数的范围内的速度功率分布。当存在旋转时，对流功率分布在特征波数$\ell_\mathrm{peak}$处具有明显的峰值，其值随着Rossby数的减小而增大。这种功率分布与在非旋转对流中实现的功率分布形成对比，在非旋转对流中，功率从高到低波数单调增加。我们发现，空间尺度小于$\ell_\mathrm{peak}$的行为类似于非旋转对流。大于$\ell_\mathrm{peak}$的空间尺度受到旋转约束，并且相对于非旋转系统具有显著降低的功率。我们认为，超颗粒尺度的出现是由于抑制功率的空间尺度大于$\ell\approx100$由于存在深，旋转约束对流。因此，超颗粒化代表了最大的非旋转约束的太阳对流模式。我们的结论是，超颗粒的特征空间尺度的边界，从上面的深对流运动，使超颗粒的深层动力学在工作中的太阳发电机的间接措施。结合我们的数值计算结果使用超颗粒的空间尺度，我们估计太阳的批量均方根对流速度的上限为10米秒$^{-1}$。
2016-09-16 astro-ph.SR
Numerical study of non-toroidal inertial modes with l=m+1 radial vorticity in the Sun's convection zone
本研究利用太阳对流区线性模型，发现赤道反对称径向涡度惯性模式本质为非环状，其频率对超绝热性敏感，约束对流区主体为弱亚绝热，且比先前结果更严格。
2023-11-17 astro-ph.SR
The Near-surface Shear Layer (NSSL) of the Sun: A Theoretical Model
提出太阳近表面剪切层理论模型，基于表面小对流元胞不受自转影响的假设，通过求解热风平衡方程推导出NSSL结构，与观测数据高度吻合。
2023-11-07 astro-ph.SR
Seismic study of solar convection and overshooting: results of nonlocal convection
局部混合长度理论不能描述恒星对流中的非局部现象，如过冲现象。因此，用局部混合长度理论构建的标准太阳模型在对流区的边界处与太阳有很大的偏差，在那里对流变得不那么有效，非局部效应很重要。观测到的频率和计算的频率之间的差异主要来自近地表区域，而本地化的声速差仅低于对流包络。本文利用熊的非局部对流理论计算了一个太阳包络模型，并进行了日震分析。日震学揭示，非局部模型在对流区底部有一个平滑的过渡。它更准确地再现了太阳频率，并减少了太阳和标准太阳模型之间的局部声速差异。
2013-05-09 astro-ph.SR
Activity-Cycle Variations of Convection Scales in Subsurface Layers of the Sun
该研究基于SDO/HMI时间-距离日震学观测，揭示太阳次表层超米粒尺度在活动周极大期稳定，而巨胞尺度及其功率随太阳活动增强而增大。
2025-08-17 astro-ph.SR
Numerical simulation of convection in K dwarfs
我们对一颗质量为0.7太阳质量的K矮星在太阳自转周期内的对流区进行了数值模拟。我们研究了对流模式，微分旋转和旋转流，和发电机产生的磁场。我们发现，对于这种类型的恒星，太阳自转周期代表了一个相当快的旋转和微分太阳型的情况。一个发电机产生的大尺度场出现，但它既不是偶极的，也没有显示出一个简单的活动周期。
2023-01-24 astro-ph.SR
On Making Magnetic-Flux-Rope $Ω$ Loops for Solar Bipolar Magnetic Regions of All Sizes by Convection Cells
我们提出，磁通绳$Ω$环出现成为任何双极磁区（BMR）是由对流细胞的$Ω$环的大小从最初的水平磁场摄入通过细胞的底部。这个想法是基于（1）所有跨度（$\sim$ 1000 km到$\sim$ 200，000 km）的BMR的观测特性，（2）由置于单元底部的水平场的超颗粒尺寸对流单元产生BMR的众所周知的模拟，以及（3）众所周知的对流区模拟。从观测和模拟中，我们（1）推断最大对流单体吸收的场的强度（2）合理地解释了为什么观测到的最大BMR的跨度和通量是$^3$ 200，000 km和$\sim$ 10 $^{22}$ Mx，（3）提出巨单体如何也可能制造“失效的BMR”$Ω$环，这些环填充具有水平场的上部对流区，较小的对流单体由此制造它们大小的BMR $Ω$环，（4）提出为什么在太阳黑子周期的下降阶段观察到的太阳黑子倾向于违反半球螺旋度规则，和（5）支持先前提出的太阳黑子周期发电机过程的修正巴布科克方案。由于所提出的基于对流的启发式模型，使太阳黑子BMR $Ω$循环避免了在对流区底部的初始通量绳中具有$\sim$ 10 $^5$ G场，因此它是一个有吸引力的替代方案，以目前的磁浮力为基础的标准方案，并保证测试足够高的分辨率巨细胞磁对流模拟。
2020-09-29 astro-ph.SR
Origin of Joy's Law in the context of Near-Surface Convection on the Sun
本综述探讨了太阳活动区倾角Joy定律的起源，指出该倾角在磁场转化和偶极反转中的关键作用，并将观测结果置于活动区近表面被动浮现的背景下进行综合分析。
2025-11-03 astro-ph.SR
From incoherent field to coherent reconnection: understanding convection-driven coronal heating in the quiet Sun
宁静太阳中的磁重联是一种经常被观测到的现象，最近通过三维数值模型模拟真实分层和对流驱动的重联变得可行。我们的目的是说明安静的太阳场可能有助于太阳大气加热通过磁重联，是由对流运动驱动的方式。我们的目标还在于比较我们的分层模型与早期理想化的日冕模型在重连驱动和拓扑条件方面的差异。我们分析了一个模拟的安静的太阳，其中一个复杂的日冕磁场是自洽驱动的底层对流。我们采用了拉格朗日标记的选择，以跟踪特定的磁功能，是相关的磁重联和大气加热的时空行为。一个大规模的重连驱动的加热事件发生在模拟的日冕，在一个扁平的X形特征，其特征是弱场和高电流。相关的特征包括一个平滑的上覆水平场、一个拱廊和一个最终与上覆场重新连接的水平通量绳，使日冕等离子体温度上升到1.47 MK。我们发现我们的结果与理想化的日冕耀斑模型吻合得很好，这表明相同的物理概念是有效的。我们还发现，重联磁绳和弧既不是由任何明显的相干磁通出射形成的，也不是由任何有序的光球运动或磁通抵消形成的。相反，它们似乎仅仅是从预先存在的纠缠场线的自洽对流驱动中发展出来的。这种渐进的顺序表明，通过较小的重联事件，位于或以上的光球通量浓度的逆级联的磁螺旋度。我们认为，这种情况下是加热事件的代表，可能是无处不在的真正安静的太阳。
2022-11-15 astro-ph.SR
Persistent Magnetic Wreaths in a Rapidly Rotating Sun
当我们的太阳年轻时，它的自转速度比现在快得多。对年轻、快速旋转的恒星的观测表明，许多恒星都具有很强的磁活动和很强的轴对称磁场。我们进行了模拟发电机行动在快速旋转的太阳与3-D MHD滞弹性球谐（ASH）代码探索旋转，对流和磁性之间的复杂耦合。在这里，我们研究发电机的行动实现了在大部分的对流区的系统旋转在当前的太阳旋转速率的三倍。我们发现，大量有组织的全球规模的磁场实现了发电机行动在这个系统中。在对流区的中间，形成了一圈醒目的磁环，与湍流的对流共存。这是一个惊喜，因为人们普遍认为，这样的磁性结构应该被磁浮力或湍流泵浦破坏。因此，许多太阳发电机理论都认为，对流区底部的穿透和剪切速度跃层是有组织的发电机活动的关键因素，而这些模拟并不包括这种速度跃层。我们研究这些持久的磁花圈是如何维持发电机过程，并探讨是否一个经典的平均场$α$ -效应解释极向场的再生。
2010-11-12 astro-ph.SR
Frequency shifts of resonant modes of the Sun due to near-surface convective scattering
对太阳和恒星振荡频率的测量可以提供关于其内部结构和动力学的重要的独立约束。这些振荡的地震模型被用来将恒星的结构和旋转与其共振频率联系起来，然后将其与观测结果进行比较，目标是最大限度地减少两者之间的差异。即使在太阳的情况下，其结构模型是高度调谐的，观测到的频率显示出与模型频率的系统偏差，这种现象被称为“表面项”。“这种系统效应的主要来源被认为是剧烈的近地表对流，这在恒星建模和模式振荡物理中都没有得到很好的解释。在这里，我们带来承担的方法，适用于大波长的渐近极限（在对流的相关尺度相比），小尺度表面对流的影响，在太阳的谐振模式频率的特点。我们表明，完整的振荡方程，在时间上稳定的3-D流的存在下，可以减少到一个有效的“安静的太阳”波方程改变声速，Brünt-Väisäla频率和兰姆频率。我们推导出修正后的方程和关系，适当的平均三维流动和热量，以获得这种有效介质的属性。使用从近地面对流的三维数值模拟获得的流，我们量化它们对太阳振荡频率的影响，并发现它们被系统地和实质性地转移。因此，我们认为，一致的解释共振频率必须包括修改波动方程，有效地捕捉到的影响，蓬勃发展的流体动力对流。
2015-05-15 astro-ph.SR
Swaying oscillations in Rayleigh-Bénard convection cast new light on solar convection
Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung（马克斯·普朗克太阳系研究所）；Georg-August-Universität Göttingen（哥廷根大学）；Univ. of Applied Sciences, Technikum Wien（维也纳应用科学大学）；Wolfgang-Pauli-Institute c/o Faculty of Mathematics, University of Vienna（维也纳大学沃尔夫冈·泡利研究所）；Fakultät für Mathematik, Universität Wien（维也纳大学数学系）；Brandenburg University of Technology Cottbus-Senftenberg（勃兰登堡科技大学科特布斯-森夫滕贝格分校）；Hochschule Mittweida（米特维达应用技术大学）
本研究通过数值模拟发现，在低粘度和强湍流条件下，Rayleigh-Bénard对流中出现长寿命摆动振荡，可能解释太阳超granulation的波状特性。
2025-11-03 astro-ph.SR
Convective scale and subadiabatic layers in simulations of rotating compressible convection
通过三维流体动力学模拟研究旋转对恒星对流的影响，发现旋转减小对流涡旋尺度、过冲深度和Deardorff层范围，但太阳深层对流仅受轻微影响，需其他机制解释其缺乏大尺度流动。
2023-10-19 astro-ph.SR
Breaking Taylor-Proudman balance by magnetic field in stellar convection zone
我们对恒星对流区进行了高分辨率的计算。本研究的主要目的是探讨一个小型发电机对差动旋转的影响。太阳差自转偏离了角速度沿自转轴不变的泰勒-普劳德曼状态。为了打破对流区深处的泰勒-普劳德曼状态，人们认为需要一个纬向熵梯度。在本研究中，我们发现小尺度发电机在恒星差旋偏离泰勒-普劳德曼态中有三个作用。1.抑制了角速度的剪切。这导致纬向熵梯度有效地打破泰勒-普劳德曼状态的情况。2.抑制上下流之间的湍流速度，增加了熵的扰动。3.对流速度降低。这增加了旋转对对流的影响。第二和第三个因素增加了纬向熵梯度，打破了泰勒-普劳德曼状态。我们发现，有效的小尺度发电机有显着的影响，恒星的差异旋转。
2018-06-05 astro-ph.SR
Inertial Waves in a Nonlinear Simulation of the Sun's Convection Zone and Radiative Interior
本研究通过三维球几何数值模拟，揭示了太阳对流区与辐射内部中多种惯性波（如罗斯贝波、HFR模）的存在及其波腔分布，提出两类罗斯贝波族及混合模关系，为太阳内部地震探测提供新视角。
2023-12-21 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Transitional dynamics of the solar convection zone
利用太阳黑子数随时间变化的聚类分析研究了太阳活动。在历史时期（1850-1932）的集群指数约等于0.37（强集群）的太阳活动周期的高活动组件。在现代时期（最后七个太阳活动周期：1933-2007），星团指数大约等于0.50（随机的，类似白噪声）。比较这些结果与相应的数据从实验室实验对流表明，在历史时期出现的太阳黑子在太阳光球是由湍流光球对流。在现代时期，这种支配被对流区内层的新的更活跃的动力学所打破。太阳风磁场和aa地磁指数的成团性质也支持这一结果。简要讨论了太阳活动中的长程混沌动力学。
2009-04-15 astro-ph.SR
Meridional circulation in the Sun and stars
平均场流体动力学的发展使恒星对流带中的全球对流的起源和性质得到了清楚的解释。定性论证和基本方程的分析均表明，非保守的离心力和浮力驱动了涡旋环流，这两个驱动力之间的轻微不平衡的结果。在对流区边界附近，偏离热成风平衡的偏差相对较大。因此，对流在边界层中达到最大速度，在对流区内速度减小。然而，这张照片，既不支持，也不驳回最近的日震探测或三维数值实验的相互矛盾的结果。简要讨论了温差的有关物理及其与太阳扁率的可能关系。
2016-10-03 astro-ph.SR
High-resolution calculation of the solar global convection with the reduced speed of sound technique: II. Near surface shear layer with the rotation
本文对球壳内旋转热对流进行了高分辨率、高分层的数值模拟。我们的目的是详细研究的过程，可以保持近地表剪切层（NSSL）推断从日震。使用降低的声速技术，我们可以将我们的全球对流模拟扩展到$0.99\,R_{\odot}$，并包括我们的域的顶部附近的小尺度对流与短的时间尺度，只有微弱的旋转的影响。我们发现形成NSSL优先在高纬度的深度范围$r=0.95-0.975R_\odot$。维护机制总结如下。在弱旋转影响下的对流导致雷诺应力，在所有纬度径向向内传输角动量。这将导致形成一个强大的极向的三角形流和一个NSSL，这是平衡的三角形平面的力量所产生的$\langle v'_r v'_θ\rangle$相关的湍流速度。所需相关性的起源在某种程度上取决于纬度。在高纬度地区，NSSL中的正相关$\langle v'_rv'_θ\rangle$是由振幅随半径增加的极向纬向流引起的，而对流区的科里奥利力则产生负相关。在低纬度地区，正相关$\langle v'_rv'_θ\rangle$来自旋转排列的对流单体（“香蕉单体”）。由这些雷诺应力引起的力与NSSL中的科里奥利力平衡。
2014-10-26 astro-ph.SR
The Quest to Understand Supergranulation and Large-Scale Convection in the Sun
太阳表面的颗粒化主要是半径外1%的热传输的结果。它的典型尺度约为1 - 2毫米，是由对流、自由流辐射和表层强烈的密度分层之间的平衡决定的。颗粒的物理学是很好理解的，正如数值模拟，理论和观察之间的密切协议所证明的那样。叠加在包含高速流动的高能颗粒结构上的是被称为超颗粒的更大尺度的长寿命流动系统（~ 300 m/s）。超级颗粒的典型尺度为24 - 36微米。目前尚不清楚超级颗粒是由颗粒的相互作用引起的，还是与深对流或磁对流有因果关系。其他悬而未决的问题仍然存在：超颗粒有多深？它们如何参与太阳的全球动力学？进一步的挑战是我们对深对流区更大尺度的动力学缺乏洞察力。最近的日震约束表明，大尺度对流速度振幅可能被高估了一个数量级或更多，这意味着与大尺度对流相关的雷诺应力，被认为在维持差异旋转和对流环流中起着重要作用，可能比理论和计算预测的弱两个数量级。虽然对全球尺度对流的性质和全球环流的维持还没有完全的基本了解，但鉴于计算、理论和日震推断方面的重大改进，很快就会取得进展。
2013-12-31 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Solar differential rotation reproduced with high-resolution simulation
太阳的自转有一个快赤道和一个慢极。太阳内部的对流被认为是维持差异旋转的原因。然而，虽然已经进行了许多数值模拟，以重现太阳的差异旋转，以前的高分辨率计算与太阳参数落入反太阳（快极）的差异旋转制度。因此，我们仍然不知道太阳有一个快速旋转赤道的真正原因。虽然快速赤道的构建需要对流的强烈旋转影响，但以前的计算在没有任何操作的情况下无法实现。这个问题被称为对流难题。数值模拟中的对流和差异旋转与观测结果不同。在这里，我们表明，一个高分辨率的计算成功地再现了类似太阳的差异旋转。我们的计算表明，强磁场产生的小规模发电机有显着的影响热对流。在我们的计算中成功地再现了差异旋转、对流和磁场，这是理解太阳活动最基本性质的原因的重要一步，特别是太阳黑子活动的11年周期。
2021-09-13 astro-ph.SR
Global-scale Simulations of Stellar Convection and their Observational Predictions
主序较低的恒星（F型到M型）在它们的恒星光球层下有大量的对流包层。这些区域的对流可以与旋转相结合，形成全球尺度的结构，这些结构可以通过干涉仪观察到，干涉仪可以分辨恒星盘。在这里，我讨论的预测出现从三维磁流体模拟与滞弹性球谐（ASH）代码的太阳型恒星，以及如何这些预测可能会被观测测试。差异旋转的纬向流可能是发生在恒星内部深处的最容易观察到的动力学特征。一般来说，我们发现快速旋转的太阳有一个强烈的类似太阳的差异旋转与一个反赤道和逆行极，而缓慢旋转的太阳可能有反太阳旋转的配置文件与快极和慢赤道。热风平衡伴随的差异旋转可能会导致热和明亮的极点在快速旋转和冷，暗极在缓慢旋转。对流和差异旋转在对流区的大部分区域建立了全球尺度的磁结构，这些磁环可以在恒星表面附近观察到。
2011-06-29 astro-ph.SR
Reynolds stress and heat flux in spherical shell convection
（略）上下文。由于旋转影响的对流引起的角动量和热量的湍流通量在确定恒星的差异旋转中起着关键作用。在这里，我们进行了系统的笛卡尔和球形几何形状之间的比较作为旋转速率的函数。目标。我们扩展了早期的研究，通过使用球楔获得湍流角动量和热输运的旋转速率的函数从分层对流。我们比较球形和笛卡尔模型在相同的参数制度的结果。特别是，我们要澄清是否尖锐的赤道轮廓的水平雷诺应力发现在早期的笛卡尔模型中再现球形模型。方法.我们采用直接数值模拟湍流对流。为了在球面运行中达到尽可能高的空间分辨率，我们仅对纬度和经度的部分进行建模。旋转的影响，测量科里奥利数，是从零到大约七，这是制度，很可能是在太阳对流区实现。笛卡尔模拟进行重叠的参数制度。结果对于慢旋转，我们发现，径向和纬向湍流角动量通量是指向向内和赤道，分别。在快速旋转状态下，径向通量的变化与理论相反。纬向通量大部分保持向赤道方向，并在赤道附近形成最大值。在笛卡尔模拟中，这一峰值可以用强"香蕉细胞"来解释。纬向热通量在自转缓慢时主要向赤道方向变化，自转快速时则改变符号。自转轮廓从缓慢和中等自转的反太阳（慢赤道）到快速自转的类太阳（快赤道）。类太阳的轮廓由泰勒-普劳德曼平衡支配。
2011-07-06 astro-ph.SR
Solar magneto-convection
本文综述了太阳近地面层和光球层磁对流过程综合模拟的最新进展和结果。现在的模拟涵盖了广泛的现象，从整个活动区域，到单个太阳黑子和太阳孔、颗粒间通道的磁通量集中和涡流，一直到小规模发电机作用产生的磁场的复杂混合极性结构。模拟与高分辨率观测相结合，为我们理解太阳光球层中磁场的结构和动态提供了突破。
2012-11-27 astro-ph.SR
How Dose Rotation Effect Convection Criterion and Solar Granule Size
本研究提出结合旋转等效温度与Schwarzschild判据的新对流判据，揭示米粒旋转速度与大小对太阳对流区自然/强迫对流及黑子温度的影响。
2023-04-06 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Stellar dynamics: rotation, convection, and magnetic fields
恒星是不断变化的实体，在它们的生命中不断进化。在非长期时间尺度（从秒到年），对流、自转和磁场等动力学过程的影响可以改变恒星的振荡。对流激发类太阳恒星的声学模式，而旋转和磁场可以扰动振荡频率，提升本征频率的方位角分量m的简并度。此外，自转、对流和磁场之间的相互作用可以产生磁发电机，有时会产生规则的磁活动周期。在本章中，我们将回顾如何研究恒星动力学，并解释长期地震观测可以带来什么来理解这一领域。因此，我们展示了如何研究在太阳这样的恒星中运行的对流时间尺度的一些性质。我们还比较了分层的信息，我们可以获得的内部（径向）差分旋转从主序星类太阳，太阳，更发达的次巨星，和巨人。我们补充这一信息的内部旋转与测定的表面（纬度差）直接从光变曲线获得的旋转。事实上，当恒星活跃时，它们表面上的斑点会使发出的光变暗。当恒星旋转时，发出的光将被这些斑点的存在所调制，其周期对应于活跃纬度（斑点发展的地方）的旋转速率。我们通过讨论快速旋转恒星的地震学来结束这一章，从理论的角度来看，目前推断中等质量和高质量恒星的内部结构和动力学特性的挑战是什么。
2019-07-08 astro-ph.SR
High-resolution calculations of the solar global convection with the reduced speed of sound technique: I. The structure of the convection and the magnetic field without the rotation
我们进行非旋转的高分辨率计算的太阳全球对流，解决对流尺度小于10微米。为了应付低马赫数条件下，在较低的对流区，我们使用的降低声速技术（RSST），这是简单的实现，只需要本地通信的并行计算。此外，RSST允许我们将计算域向上扩展到大约$0.99 R_{\odot}$，因为它也可以处理可压缩流。利用这种方法，我们研究了全球尺度上的太阳对流区，包括小尺度的近地表对流。特别是，我们调查的对流结构上的顶部边界条件的影响，整个对流区，以及对小规模发电机行动。本文的主要结论是：1.近地面层产生的小尺度下降流在一定程度上渗透到更深层，并在$>0.9R_\odot$区域激发小尺度湍流，其中$R_\odot$是太阳半径。2.在较深的对流区（$<0.9R_\odot$）中，对流不受上边界位置的影响。3.使用LES方法，我们可以实现小规模的发电机行动，并保持在整个对流区，其中$B_\mathrm{eq}$是均分磁场的动能约$0.15-0.25 B_\mathrm{eq}$的字段。4.整体发电机效率变化显着的对流区作为一个结果的向下指向的坡印亭通量和深度变化的内在对流尺度。
2014-02-20 astro-ph.SR
Convection and Differential Rotation Properties of G & K Stars Computed with the ASH Code
恒星的光度和对流包层的深度随G型和K型主序星的质量迅速变化。为了了解这些属性如何影响对流湍流，差分旋转，和纬向环流，我们进行了3D动力学模拟旋转主序星的内部，使用滞弹性球谐（ASH）代码。在我们的模拟中，恒星的质量分别为0.5、0.7、0.9和1.1 M_sun，对应于光谱类型K7到G 0，并且以与太阳相同的角速度旋转。我们确定了几个趋势的对流区性质与恒星质量，所表现出的模拟。对流速度、上升流和下降流之间的温度差以及日冕环流速度都随着恒星光度的增加而增加。由于对流速度的趋势，Rossby数（在一个固定的旋转速率）的增加和对流周转时间尺度显着降低，随着恒星质量的增加。3个最小质量的情况下，表现出类似太阳的差异旋转，在某种意义上说，他们显示的最大旋转在赤道和最小的高纬度地区，但1.1 M_太阳的情况下，表现出反太阳旋转。在低质量时，对流层环流是多细胞的，并与旋转轴对齐;随着质量的增加，环流模式趋向于覆盖对流区每个半球的单细胞结构。
2011-11-23 astro-ph.SR
Supergranules as Probes of Solar Convection Zone Dynamics
超颗粒是在太阳表面看到的对流细胞，是一种水平流动的空间填充模式。虽然典型的超颗粒的直径约为35微米，他们表现出广泛的尺寸从~10微米到~100微米。在这里，我们表明，不同尺寸的超颗粒可以用来探测太阳的外对流区的旋转速率。我们发现，赤道旋转速率作为深度的函数，全球日震学测量匹配的赤道旋转作为波长的函数的超颗粒。这表明，超颗粒平流的深度等于其波长的流动，因此可以用来探测这些深度的流动。超颗粒旋转剖面表明，表面剪切层，通过它的旋转速率增加向内，延伸到深度~50毫米，纬度至少为70度。典型的超颗粒在高纬度地区被很好地观察到，并且具有一系列的尺寸，这些尺寸延伸到比通常可用于测量局部日震学的地下流动的深度更大的深度。这些特征表明，探测太阳对流区动力学与超颗粒可以补充日震学的结果。
2012-03-12 astro-ph.SR
Deciphering solar turbulence from sunspots records
一般认为，太阳黑子是太阳内部磁通量管的出射部分。这些管在对流区的底部产生，由于它们的磁浮力而上升到表面。对流区中等离子体的运动是高度湍流的，太阳黑子的表面表现可能保留了这种湍流的特征，包括它的不稳定性。根据对太阳黑子的直接观察以及对树轮中宇宙成因同位素$^{14}$ C或极地冰中$^{10}$ Be浓度的间接观察，绘制了频率功率谱密度。根据太阳是静止还是活跃，出现了两种不同的频率标度。%磁活动为最大或最小。从直接观察，我们也可以计算标度指数。这证明了一个强的不稳定性，可以与在太阳风中观察到的相媲美。
2009-09-22 astro-ph.SR
Solar differential rotation: origin, models, and implications for dynamo
日震学表明，太阳内部的对流和差异旋转所占据的区域几乎重合。这支持了对流和旋转之间相互作用的结果的差分旋转起源的领先理论概念。这个演讲概述了差动旋转理论的现状。基于该理论的数值模型非常接近地再现了观测到的太阳自转。该模型还计算了对流区的对流，并预测对流区底部的流动与表面相比并不小。讨论了作为恒星质量和自转速率函数的恒星差分自转的理论预测，并与观测结果进行了比较。简要讨论了太阳和恒星发电机的微分自转模型的意义。
2011-10-11 astro-ph.SR
The Rise and Emergence of Untwisted Toroidal Flux Ropes on the Sun
磁通量绳（MFR）通过太阳的对流区被认为是受到粘性力的影响，使它们无法连贯地上升。许多研究表明，最惠国要求有最低限度的扭曲，以便在其上升过程中保持连贯性。此外，即使是到达光球层的磁共振也可能无法成功地进入日冕，除非它们至少适度扭曲，因为磁压梯度需要克服光球层等离子体的重量。然而，到目前为止，没有下限已被放置在临界最小扭曲所需的MFR相干上升通过对流区或出现通过光球。在本文中，我们模拟了一个无扭曲的环形MFR，它能够从对流区上升并穿过光球，成为一个活跃区域，类似于在太阳上观察到的活跃区域。我们发现，未扭曲的MFR可以保持一致的上升过程中，然后堆积在光球附近，触发波动的不稳定性，使MFR出现通过光球。我们建议，我们的MFR的环形几何形状是其相干上升的关键。在出现时，一对叶片上升到日冕中，相互作用并重新连接，导致局部高速射流。由此产生的光球磁图显示了在观测中经常看到的特征性盐和胡椒结构。我们的主要结果是，MFRs不需要被扭曲，通过对流区相干上升，并通过光球出现。
2021-01-04 astro-ph.SR
Rotating Turbulent Thermal Convection and Solar Differential Rotation
旋转流体的膨胀将改变膨胀区域的涡量和转速。在湍流热对流中，这种微观效应得以保留。对流体胶束的跟踪表明，平均涡量随密度变化，产生从低密度区到高密度区的涡量输运和角动量输运，形成宏观涡量差和转速差。取太阳极区的轴向热对流模型，可以产生轴向差旋转，轴向差旋转产生的离心力差驱动纬向环流，将角动量输离旋转轴，形成纬向差旋转。流体胞的旋转产生额外的压力并改变对流准则。太阳对流层的温度梯度比非旋转流体模型中的温度梯度大，是太阳差动旋转的能量来源。
2023-01-01 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Overcoming the structural surface effect with a realistic treatment of turbulent convection in 1D stellar models
最先进的一维（1D）恒星演化代码依赖于简化的假设，例如混合长度理论，以描述超绝热对流。因此，1D恒星结构模型不能正确地恢复太阳和其他恒星的表面层与对流信封。我们提出了一种方法，克服了这种结构上的缺陷，采用三维（3D）流体动力学模拟恒星信封：在每个时间步的演变插值3D信封附加到1D结构，并用于提供现实的边界条件恒星内部。与以前的尝试相比，我们的方法包括平均三维湍流压力。我们应用我们的方法来模拟现在的太阳。标准恒星模型的结构缺陷导致由模型推导的恒星振荡频率存在系统误差。我们表明，我们的方法完全纠正了这个错误。此外，我们表明，我们的超绝热对流的现实治疗改变了预测的太阳演化。因此，我们的研究结果具有重要意义的恒星的表征。这对邻近的领域产生了影响，例如系外行星研究和银河系考古学，精确的恒星模型在其中发挥着关键作用。
2019-07-13 astro-ph.SR
Theory of solar oscillations in the inertial frequency range: Amplitudes of equatorial modes from a nonlinear rotating convection simulation
在太阳上已经探测到几种类型的惯性模式。这些惯性模式的特性已在线性区域进行了研究，但尚未在太阳旋转对流的非线性模拟中进行研究。比较非线性模拟、线性理论和太阳观测结果对于更好地理解模型与真实太阳之间的差异非常重要。我们希望检测和表征太阳对流的非线性数值模拟中存在的模式，特别是要了解的振幅和寿命的模式。我们开发了一个阴阳网格的程序，对球壳中的旋转对流进行了全非线性数值模拟。在0.96R以下，层结与太阳层结相似。模拟涵盖了大约15个太阳年的时间。从模拟中提取了低频下的各种大尺度模式。他们的特点进行比较，从线性模型和观察。在其他模式中，赤道Rossby模式和柱状对流模式都出现在模拟中。柱状对流模态包含了切向圆柱外的大部分速度功率，并对热量和角动量输运做出了重要贡献。还发现了无径向节点的赤道Rossby模（n = 0）：它们具有与线性本征函数相同的空间结构。它们是由对流随机激发的，振幅为几m/s，模线宽约为20 - 30 nHz，与太阳上观察到的相当。我们还证实了混合模式之间的赤道Rossby模式和柱状对流模式在我们的非线性模拟的存在，预测的线性本征模分析。在我们的非线性模拟中，我们也看到了m = 1的高纬度模式，但它的振幅比在太阳上观察到的要弱得多。
2022-08-23 astro-ph.SR
Angular momentum fluxes caused by Lambda-effect and meridional circulation structure of the Sun
利用太阳角动量平衡的平均场流体动力学模型，我们表明，由λ效应引起的径向角动量通量的非单调的纬度依赖性可以影响太阳对流区中径向堆积的纬向环流单体的数量。特别是，我们的研究结果表明，一个复杂的三胞纬向环流结构的可能性。这种模式由两个大的逆时针环流圈（北半球）和一个较小的顺时针环流圈组成，位于低纬度的对流区底部。
2016-01-20 astro-ph.SR
Transition from axi- to nonaxisymmetric dynamo modes in spherical convection models of solar-like stars
我们试图了解从近轴对称配置在太阳旋转速率的非轴对称配置的快速旋转，使用三维数值模拟湍流对流，并考虑1和30倍的太阳值之间的旋转速率的过渡。我们发现从轴向非轴对称的解决方案在1.8倍左右的太阳自转速率的过渡。这一转变与从反太阳到类太阳的自转变化相一致，即赤道速度更快，两极速度更慢。在类太阳旋转制度，场配置由一个轴对称振荡场伴随着一个m=1的方位角模式（两个活跃的周期），这也表明时间的变化。在慢（快）旋转，轴对称（非轴对称）模式占主导地位。轴对称模式产生具有极性反转的纬向发电机波，而非轴对称模式通常在旋转参考系中表现出漂移，并且活跃的电磁波的强度在不同半球之间随时间周期性地变化。大多数得到的发电机解决方案表现出周期性的变化，无论是由纬度或方位角发电机波。在活动周期图中，由旋转周期归一化的周期长度形成两个不同的种群，作为旋转速率或磁活动水平的函数。缓慢旋转的轴对称种群接近于观测中所谓的不活跃分支，而快速旋转的模型接近于超活跃分支，随着旋转速率的增加，周期与旋转频率之比下降。我们可以成功地再现从轴向非轴对称发电机解决方案的高旋转速率的过渡，但需要高分辨率的模拟，以限制旋转淬火对流的旋转速率超过20倍的太阳值的影响。
2018-05-07 astro-ph.SR
Shell model for stratified convection: implications for the solar convective conundrum
我们将壳模型的概念推广到分层系统，并提出了一个在低马赫数下代表分层、非旋转、非旋转对流的壳模型。激励配置文件的背景分层，支持对流恒星，如太阳，我们研究数值解对应的高度不稳定层以上的轻度不稳定层。我们发现，在低普朗特数，对流振幅随深度在低层减小。这表明，在太阳对流区的深层对流的抑制（对流难题）可以解决，而不必诉诸旋转或磁场。
2022-06-10 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Global Turbulent Solar Convection: a Numerical Path Investigating Key Force Balances in the context of the Convective Conundrum
本文通过控制罗斯贝数并提高雷诺数的数值实验构建类太阳强湍流模型，揭示科里奥利—惯性平衡取代CIA平衡是形成顺行赤道自转的关键，为破解太阳对流难题提供新路径。
2025-03-11 astro-ph.SR
Evidence of solar-cycle related structural changes in the solar convection zone
虽然确定与太阳周期有关的太阳动力学变化相对容易，但确定太阳深层结构的变化已被证明是困难的。通过使用日震数据获得了两个太阳周期，并牺牲分辨率有利于较低的不确定性，我们表明，有显着的变化，在太阳对流区，甚至低于it. Using MDI数据，我们发现一个相对的平方声速差$(2.56\pm 0.71)\times 10^{-5}$在对流区的基础之间的最大太阳周期~23和周期~23和24之间的最小值。使用HMI数据获得的循环~24最大值的声速差平方为$(1.95\pm 0.69)\times 10^{-5}$。GONG的数据支持这些结果。我们还发现，随着太阳变得更加活跃，太阳对流区中的声速与其下方的声速相比会降低。我们发现的证据的变化的径向导数的声速差异之间的太阳极小期和其他时代的对流区的基础上，这意味着可能的对流区的基础的位置的小的变化，但是，结果是太嘈杂，使任何明确的估计的变化。
2021-06-15 astro-ph.SR
Meridional Circulation From Differential Rotation in an Adiabatically Stratified Solar/Stellar Convection Zone
恒星对流区的经向环流通常不能很好地观测到，但对磁流体发电机可能是至关重要的。来自差速旋转（DR）的科里奥利力在确定纬向环流中起着重要作用。在这里，我们考虑一个在与自转轴同心的圆柱上保持恒定的恒星DR是否能驱动一个纬向环流。使用两个相关形式的控制方程，分别估计的纵向分量的旋度的纬向质量通量和涡度，我们表明，这样的DR将驱动纬向流。这是因为为了满足滞弹性质量守恒，所有DR都必须存在非球对称压力等值线，而不仅仅是与旋转轴同心的圆柱体上偏离恒定性的压力等值线。因此，如果DR存在，流体总是斜压的，因为在滞弹性系统中，扰动压力必须满足泊松型方程，以及状态方程和热力学方程。我们支持我们的定性推理与数值例子，并表明，纬向环流是敏感的大小和形式的偏离旋转常数的圆柱。该效应应存在于3D全球滞弹性对流模拟中，特别是那些由全球对流驱动的DR在剖面上接近圆柱形的模拟。对于类似太阳的DR，科里奥利力通常在每个半球驱动一个双胞环流，在高纬度地区有第二个反向流动。对于类似太阳的湍流粘性，科里奥利力产生的日冕环流比在太阳上观察到的要大得多。因此，必须至少有一个额外的力，可能是浮力，它反对的纬向流，使其振幅下降到观察值。
2013-08-21 astro-ph.SR
Seismic Sounding of Convection in the Sun
我们的太阳主要由电离的氢和氦组成，表面温度为5777 K，半径为$R_\odot \approx 696,000$ km。在外层$R_\odot/3$，能量传输主要通过对流完成。利用典型的对流速度$u\sim100\,\rm{m\,s^{-1}}$和$10^{-4}$ m $^{2}$ s $^{-1}$阶的运动粘度，我们得到了雷诺数$Re \sim 10^{14}$。因此，对流是湍流的，导致大范围的尺度被激发。对流流体的普朗特数$Pr$非常低，为$10^{-7}$ \，--\，$10^{-4}$阶，因此瑞利数（$\sim Re^2 Pr$）为$10^{21}\,-\,10^{24}$阶。因此，太阳对流存在于动力学参数的异常状态中，非常不典型的地球上的流体流动。太阳的对流过程驱动着全球的流体循环和磁场，这反过来又影响着太阳的可见外层（“太阳活动”），更广泛地说，影响着日光层（“空间天气“）。精确测定太阳对流区的深度、温度梯度的绝热性偏差以及作为纬度和深度函数的内自转速率，都是日震学对理解太阳对流的开创性贡献。当代日震学，这是集中在推断三维对流特征的属性，表明传输速度大大小于理论预测。此外，日震学对控制太阳对流区全球动力学的各向异性雷诺应力提供了重要的约束。这篇评论讨论了我们对太阳对流的理解，重点是日震诊断。我们提出我们的考虑与流体动力学家的利益。
2015-03-27 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.ao-ph
The rotational influence on solar convection
本文认为，占主导地位的动力学，热平衡和旋转的太阳对流区。原因是：科里奥利力平衡压力梯度。背景涡拉伸、斜压力矩和非线性平流共同平衡。湍流通量传递了辐射扩散所不能传递的太阳光度的一部分。这四个关系严格地根据已知的物理量来确定对主导尺度和动力振幅的估计。我们预测，动力Rossby数对流小于统一的近地表剪切层，表明强旋转约束。我们还预测了一个特征对流长度尺度约为30毫米，在整个对流区。这些推论有助于解释最近的观察，揭示弱流振幅在100-200毫米尺度。
2020-10-29 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Dynamics of rotation in M dwarfs: Indications for a change in the dynamo regime in stars at the onset of complete convection
我们已经测量了高精度的dM 3星（86个目标）的样本v sin i。我们在82颗恒星中检测到旋转（73颗dM 3恒星和9颗dM 3e恒星）。我们比较我们的测量v sin i的所有恒星在我们的dM 0，dM 2，dM 3和dM 4的样本从其他作者。我们发现一个很好的协议，到v sin i值小于1公里/秒。测量值之间的平均差异仅为0.42 km/s。我们发现，我们的dM 3星的P/sini的分布是不同的，我们的dM 2和dM 4星的样本之间的P/sini的分布。dM 3恒星（不包括dM 3e和sdM 3恒星）的平均自转速率（25.8天）明显慢于dM 2（14.4天）和dM 4恒星（11.4天）。类似的行为也出现在更快的旋转（dMe星）：我们发现，一个更长的旋转周期也发生在光谱子类型dM 3e。我们的数据表明，就较低主序星的旋转特性而言，光谱亚型dM 3与邻近亚型相比表现出异常缓慢的旋转。我们的数据使我们认为，M3矮星的不寻常的旋转特性可能代表了向完全对流（TTCC）过渡的特征。
2015-02-04 astro-ph.SR
The existence of the Lambda effect in the solar convection zone indicated by SDO observations
利用太阳动力学观测站（SDO）的数据，对太阳巨电池在北（南）半球的正（负）水平雷诺应力的经验发现（Hathaway et al. 2013）进行了讨论，讨论了其对太阳/恒星差异旋转理论的影响。在忽略纬向环流的情况下，求解非线性雷诺方程的角速度，我们发现北半球的水平雷诺应力在太阳对流区的表面总是负的，而在太阳对流区的大部分，由于Lambda效应的作用，水平雷诺应力是正的。描述刚性旋转各向异性湍流的角动量输运并避免对流区的刚体旋转的Lambda效应在旋转速率$Ω$的三次方的水平方向上，并且总是指向赤道。没有Lambda效应的理论也可能仅通过纬向环流的作用提供观测到的太阳自转规律，这导致了与观测到的符号相反的水平雷诺应力。
2014-08-17 astro-ph.SR
Understanding Active Region Emergence and Origins on the Sun and Other Cool Stars
本文综述太阳及冷恒星活动区通量浮现的研究进展，结合观测约束修正了对其驱动机制的认知，并提出未来可通过观测与模拟解决相关开放问题。
2023-06-10 astro-ph.SR
Magnetic confinement of the solar tachocline: II. Coupling to a convection zone
观测到的太阳速跃层薄的原因仍然没有很好的理解。已经提出的解释之一是，原始磁场使辐射区的旋转均匀。我们在这里测试的有效性，通过3D数值MHD模拟，包括辐射区和对流区的这种磁性的情况下。采用滞弹性球谐函数（ASH）程序进行了数值模拟。计算域从$0.07\;R_\odot$扩展到$0.97\;R_\odot$。在我们研究的参数区域中，与旋转轴对齐的偶极化石场不能保持被限制在辐射区中。当场线被允许与对流区底部的湍流非定常对流运动相互作用时，3D效应防止了场约束。与之前的工作一致，我们发现偶极化石场，即使最初深埋在辐射区内部，也会扩散到对流区。根据费拉罗等旋定律，它在辐射带上留下了对流带纬向差异旋转的印记，这是没有观察到的。
2011-07-19 astro-ph.SR
Effects of rotation and surface forcing on deep stellar convection zones
本文通过流体动力学笛卡尔3D模拟探讨旋转与表面强迫对深层恒星对流的影响，详细分析对流主导尺度、对流区及Deardorff区深度，以揭示“对流难题”的成因。
2023-11-15 astro-ph.SR physics.flu-dyn
The Interaction between Solar Convection and Rotation
本文研究太阳对流与自转的能量耦合，提出流体元膨胀压缩、湍流与惯性振荡共同形成米粒、中米粒及径向和纬向较差自转，并以混合长度模型解释米粒尺度与温度的纬度无关性。
2024-01-18 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Solar Dynamics, Rotation, Convection and Overshoot
我们讨论了最近的观测，理论和建模的进展，了解太阳的内部动力学，包括其旋转，对流和过冲。在过去的几十年里，大量的理论和观测工作已经进入了理解太阳动力学的这些方面。这些意见，相关的日震方法和推理和计算结果，这些问题进行审查。
2015-03-30 astro-ph.SR physics.flu-dyn
The amplitude of solar p-mode oscillations from three-dimensional convection simulations
太阳p模振荡的振幅是由随机激励和模式阻尼，这两者都发生在表面对流区。然而，对流的时间依赖性，湍流性质使得它很难通过使用传统的一维流体静力学模型的自洽研究激励和阻尼过程。为此，我们对太阳大气进行了\textit{ab initio}三维流体动力学数值模拟，以研究p模如何在太阳中驱动和消散。在模拟中的表面对流的描述是自由的可调参数通常采用在传统的一维模型。模式激励和阻尼率计算的基础上的分析表达式，其成分直接从三维模型进行评估。与激励和阻尼率都可用，我们估计的理论振荡幅度和频率的最大功率，$ν_{\max}$，为太阳。我们比较我们的数值计算结果与日震观测，发现令人鼓舞的两者之间的协议。这里提出的数值方法提供了一种新的方式来调查负责模式驱动和阻尼的物理过程，并应适用于所有的太阳型振荡星。
2019-07-18 astro-ph.SR
