Helicity--vorticity turbulent pumping of magnetic fields in the solar dynamo
太阳对流区螺旋对流运动与差异旋转的相互作用导致了大尺度磁场的湍流漂移。我们讨论了泵浦机制及其对太阳发电机的影响。
2012-11-11 astro-ph.SR
Rotationally induced coherence in turbulent kinematic dynamos
我们考虑旋转，运动发电机在低磁普朗特数$Pm$。我们表明，包括旋转导致时空相干性的增加和修改的湍流谱。这些效应使流动在驱动发电机方面更有效，从某种意义上说，与非旋转发电机相比，达到磁雷诺数$Rm_c$临界值所需的能量注入率降低了（Seshasayanan等人，2017）。对于随机发电机，已知增长率将在很大程度上由阻力标度处的流的谱指数决定。然而，在这里，我们证明了旋转流中的发电机增长率增加了旋转诱导的长寿命的大尺度涡的相干时间大于当地的周转时间。这些涡流在决定发电机增长率方面起着主要作用。
2018-11-03 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
Transition from large-scale to small-scale dynamo
发电机方程的数值求解与螺旋迫使相应的罗伯茨流。在完全湍流状态下，流动在长时间尺度上表现为罗伯茨流，在短时间尺度上表现为湍流波动。发电机的启动控制的长时间尺度的流动，与以前的卡尔斯鲁厄实验结果。发电机机制是由一个广义的$α$ -效应，其中包括通常的$α$ -效应和湍流扩散，加上所有高阶的影响。除了发病，我们发现，这种广义的$α$效应尺度为$O(Rm^{-1})$，表明接管小规模发电机行动。这一点得到了模拟的证实，在模拟中，即使大规模的场被人为抑制，发电机也会发生。
2020-04-23 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.geo-ph
Nonlinear turbulent dynamo during gravitational collapse
通过湍流发电机的放大，磁场可能对第一批恒星的形成具有潜在的重要性。为了研究原初气体引力坍缩过程中的发电机行为，我们将非线性湍流发电机理论扩展到包括引力压缩效应。发电机和压缩之间的相对重要性在收缩过程中变化，随着密度的增加，磁场的放大从发电机为主过渡到压缩为主。在磁场放大的非线性阶段，由于湍流与磁场的能量按尺度平均分配，理想磁流体动力学（MHD）湍流中磁场的重联扩散就显得尤为重要。它导致磁通冻结条件的破坏，并解释了（a）非线性发电机的小增长率，（b）在收缩过程中磁能对密度的弱依赖性，（c）饱和磁能，以及（d）磁场的大关联长度。由此产生的磁场结构和磁场强度与密度的比例关系与磁通冻结的预期完全不同。
2020-07-21 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.plasm-ph
Intermittent turbulent dynamo at very low and high magnetic Prandtl numbers
上下文：直接数值模拟表明，即使在低普朗特数，即发电机是有效的，当Re ->无穷大时，发电机有效运行所需的临界磁雷诺数Rm_c小于流体动力学雷诺数Re。目的：我们验证了Iskakov等人的猜想（2007），即当Re ->无穷大时，Rm_c实际上趋于有限值，并且我们研究了发电机生长因子γ在非常低和高的磁性普朗特数下的行为。研究方法：我们使用局部和非局部壳模型的磁流体动力学（MHD）湍流的参数覆盖范围更广的雷诺数比直接数值模拟，但天体物理的相关性。结果：当Re ->无穷大时，Rm_c趋于有限值。在运动状态下，发电机增长因子γ的Rm ->无穷大的极限表现为Re^β，同样，γ的Re ->无穷大的极限表现为Rm^{β '}，β= β'= 0.4。总结：比较与现象学的基础上间歇性的小规模湍流发电机，以及在不同的本地和非本地模型的增长率之间的差异，表明非本地项发电机效应的微弱贡献。
2011-11-09 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Generation of large-scale magnetic fields by small-scale dynamo in shear flows
我们提出了一种新的机制，湍流平均场发电机中的磁场波动所造成的小规模发电机驱动的大规模磁场的产生。这与小规模磁场对大规模发电机的作用有害的普遍看法形成鲜明对比。这些发电机发生在大规模的速度剪切的存在下，并不需要净螺旋度，从非对角线组成部分的湍流电阻率张量作为磁模拟的“剪切电流”的效果。考虑到湍流等离子体中不可避免地存在非螺旋小尺度磁场，以及速度剪切的一般性质，所提出的机制可能有助于解释大尺度磁场在广泛的天体物理对象的产生。
2015-08-06 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.flu-dyn
Calculating turbulent transport tensors by averaging single plume dynamics and application to dynamos
湍流中的输运系数由湍流波动之间的关联函数组成，并且需要有效的方法来计算它们。例如，在用于模拟恒星和星系的大尺度磁场增长的平均场发电机理论中，湍流电动势通常近似为湍流输运系数与平均磁场的连续高阶空间导数的一系列张量积。标准模型的一个成分是零阶项的运动学系数，即平均动力学伪张量$\bmα$，其将环向场转换为极向场。在这里，我们展示了一种有效的方法来计算这个量的旋转分层湍流，从而计算的预平均量的运动的一个单一的羽流，平均值，然后采取了不同方向的羽流的合奏。我们在最方便的框架中计算羽流动力学，然后转换回实验室框架并取平均值。我们简洁的位形空间计算给出了基本相同的结果，以前的方法。本申请阐明了什么是广泛适用的方法。
2018-11-28 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.flu-dyn
Current status of turbulent dynamo theory: From large-scale to small-scale dynamos
本文评述了湍流发电机理论的若干新进展。高分辨率模拟的小规模和大规模的发电机行动的周期域进行了比较，并与类似的结果在低磁普朗特数。有人认为，所有不同的情况下，显示在中间长度尺度的相似性。另一方面，在湍流螺旋度的存在下，功率在大尺度上发展，这在非螺旋小尺度湍流发电机中不存在。在小的长度尺度，差异发生在与耗散截止尺度与相应的磁普朗特数的值。这些差异被认为是独立的是否有大规模的发电机行动。然而，大型发电机在均匀系统中所示遭受的电阻慢下来，即使在中间的长度尺度。模拟结果与平均场论及其应用有关。最近的工作螺旋通量，以减轻大规模的发电机淬火，剪切发电机，非局部效应和磁结构从强密度分层突出。几个见解所产生的小规模发电机的分析考虑进行了讨论。
2012-03-28 astro-ph.SR
Magnetic and Kinetic Power Spectra as a Tool to Probe the Turbulent Dynamo
太阳上磁场的产生和扩散是所有空间和时间尺度上太阳活动的关键机制--从太阳活动周期到平静太阳中小尺度磁性元素的演变。太阳发电机作为一个非线性动力学过程运行，被认为表现为两种类型：作为一个全球发电机负责太阳周期的周期性，以及作为一个小规模的湍流发电机负责在安静的太阳磁毯的形成。对太阳湍流的大量MHD模拟尚未就太阳上存在湍流发电机达成共识。与此同时，来自日之出仪器的对安静太阳的高分辨率观测表明了湍流发电机的可能性。从观测资料中分析湍流的特征将有助于解决这一问题。本文分析了Hinode/SOT、SOHO/MDI、SDO/HMI和大熊太阳天文台（BBSO）的新太阳望远镜（NST）的磁能谱和速度能谱，探讨了宁静太阳中小尺度湍流发电机的可能性。
2011-12-12 astro-ph.SR
Mean-field dynamo due to spatiotemporal fluctuations of the turbulent kinetic energy
本研究解析证明，即使动能螺旋度处处为零，介观尺度平均湍动能的时空涨落及其引发的扩散率涨落也能驱动大尺度磁场增长，并揭示了发电机运行的约束条件及湍流抗磁性的作用。
2023-09-11 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.flu-dyn
The onset of turbulent rotating dynamos at the low $Pm$ limit
我们表明，在低磁普朗特数$Pm$限制（即$Pm = Rm/Re \ll 1$）的湍流非螺旋发电机的临界磁雷诺数$Rm_c$可以显着降低，如果流提交到全球旋转。即使对于中等的旋转速率，所需的能量注入速率也可以减小到大于$10^3$的系数。这种强烈的减少的开始是由于减少的湍流波动，使流有一个更大的截止长度尺度相比，相同雷诺数的非旋转流。因此，即使在雷诺数的高值下（即，在$Pm$的低值下），发电机也表现得好像是由层流行为（即，高$Pm$行为）驱动的。因此，我们的发现为设计新的液态金属发电机实验提供了一个新的范例。
2017-01-31 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
Signature of the turbulent component of solar dynamo on active region scales and its association with flaring activity
由于太阳发电机的活动隐藏在光球层之下，因此获得太阳发电机在对流层中运行的湍流分量的观测证据是一个具有挑战性的问题。在这里，我们提出了一个统计研究的耀斑活动区（AR），产生了强烈的太阳耀斑的X射线类X1.0和更高的时间周期，涵盖太阳周期23和24。我们介绍了一个磁形态分类（MMC）的AR，这使我们能够估计可能的贡献的发电机的湍流分量的AR的结构。我们发现，在72%的情况下，耀斑AR不符合全球发电机的经验法则（通常它们不是双极AR，或者，如果它们是，它们违反了Hale极性定律，或Joy定律，或领先的太阳黑子流行规则），这可能是由于对流区内部的湍流发电机作用对典型AR的空间尺度的影响。因此，耀斑似乎是由太阳发电机的湍流分量控制的。在第二个最大值和太阳周期的下降阶段，当环向场减弱，湍流分量的影响变得更加明显时，这些AR-“违反者”对耀斑的贡献得到了加强。这些观测结果是一致的概念的非线性和湍流的不稳定性在对流区内的磁场生成的重要作用，这是从发电机的模拟。
2021-11-08 astro-ph.SR
Turbulent processes and mean-field dynamo
本文探讨了平均场发电机理论在太阳物理中的应用，分析了多种湍流效应及其对现代太阳发电机模型的影响，并介绍了从对流局部模拟推导湍流输运系数的方法。
2023-11-22 astro-ph.SR
Turbulent cross-helicity in the mean-field solar dynamo problem
我们研究了湍流交叉螺旋度的动力学和统计特性（对齐的脉动速度和磁场分量的相关性）。我们导出了控制湍流交叉螺旋度的产生和演化的方程，并讨论了它对发电机的意义。利用问题的对称性，我们提出了一个湍流交叉螺旋度赝标量的一般表达式，并计算了湍流系数。考虑了密度分层、大尺度磁场、差异旋转和湍流对流的影响。我们研究了分布平均场发电机模型和通量输运发电机模型中这些效应对跨螺旋度演化的相对贡献。我们发现，从密度分层的贡献如下的径向磁场的演变，而大规模的电流产生一个更复杂的模式的交叉螺旋的可比幅度。我们认为交叉螺旋度的观测分析结果将取决于平均尺度。我们的研究结果表明，交叉螺旋度的演变模式强烈依赖于发电机机制的细节。因此，我们预计，直接观测太阳上的交叉螺旋度可能有助于诊断太阳发电机过程的目的。
2011-10-06 astro-ph.SR
Curvature and folding dynamo effects in turbulent plasmas and ABC flux tubes
研究发电机解的本征值谱，已被证明是发电机物理知识的基础。早先，黎曼空间中发电机的曲率折叠关系已经被研究[PPL 2008]。在这里，一般湍流发电机灯丝的解析解得到电阻等离子体。动力学螺旋度为零的湍流扩散率产生一个稳定的发电机特征值的快速模式。磁场沿着嵌入在3D等离子体中的细丝放置在局部框架2平面上。曲率效应在快速磁发电机中起着折叠的作用。在本例中，考虑了等离子体在磁场分量的法向分量和副法向分量之间的均分。在相反的情况下，振荡的，纯虚的，分支的频谱中发现发电机流形。当发电机增长率与灯丝曲率一致时，得到了退化本征值。所得发电机的谱类似于Arnold在紧致环面上得到的快速发电机解。Shukurov等人[Phys Rev E，2008]利用Perm液体钠实验研究了利用这种溶液的发电机实验。发电机等离子体的另一个例子是阿诺德-贝尔特拉米-柴尔德里斯[ABC]的具有驻点的扭曲磁通量管。
2010-04-15 astro-ph.SR math-ph math.MP
Effects of anisotropy of turbulent convection in mean-field solar dynamo models
我们研究了湍流对流的各向异性如何影响大尺度磁场的扩散和太阳上的发电机过程。在平均场磁流体力学框架中使用最小的$τ$近似计算各向异性的影响。我们研究两种类型的平均场发电机模型：著名的基准通量传输模型，和一个分布式发电机模型与地下旋转剪切层。对于这两个模型，我们调查的双细胞纬向环流的影响，最近提出的日震学。我们引入了一个各向异性参数，作为湍流混合的径向和水平强度的比值，来表征各向异性效应。研究发现，湍流对流的各向异性影响对流区内部的磁场分布。各向异性越强，对流区底部和顶部边界附近的磁通量越集中。结果表明，当各向异性参数较大时，临界发电机数和发电机周期趋于常数。各向异性减少了时间-纬度"蝴蝶“图中后续周期的环形场的重叠。如果我们假设太阳黑子是在次表层剪切层附近形成的，那么具有各向异性扩散率的分布式发电机模型满足日震学结果的观测约束，并且与从表面磁场的动态估计的有效湍流扩散值一致。
2013-11-21 astro-ph.SR
A new simple dynamo model for stellar activity cycle
提出了一个新的恒星活动周期发电机模型。通过考虑非均匀平均流对湍流的影响，表明湍流横螺旋度（速度-磁场相关性）应作为平均绝对涡度的耦合系数进入湍流电动势的表达式。交叉螺旋度效应的引入使得本模式与现有的$α$ -- $Ω$ --型模式主要有两点不同。首先，除了通常的$α$（螺旋度效应）和$β$（湍流磁扩散率），我们认为$γ$系数（交叉螺旋度效应）作为发电机过程的关键成分。第二，不同于$α$和$β$系数，这往往是作为一个可调参数在目前的研究，时空演变的$γ$系数是同时解决的平均磁场方程。基本情况如下：在存在湍流交叉螺旋度的情况下，由湍流交叉螺旋度介导的环向旋转引起环向场。$α$效应从环形场产生极向场。这个极向场产生了一个湍流的十字螺旋度，其符号与原来的相反。然后，一个循环的逆转完成。最简单的本征值分析给出了一个蝴蝶图，它证实了上述情况，以及向赤道迁移，交叉螺旋度和磁场之间的相位关系等这些结果表明，湍流交叉螺旋度的振荡是一个关键的活动周期。湍流交叉螺旋度的反转不是磁场反转的结果，而是磁场反转的原因。这个新的模型有望开辟平均场或湍流闭合发电机方法的可能性。
2016-04-04 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Turbulent dynamos in a collapsing cloud
International Centre for Theoretical Sciences, Tata Institute of Fundamental Research（国际理论科学中心，塔塔基础研究所）；Inter-University Centre for Astronomy and Astrophysics（大学间天体物理与天文中心）；Department of Physics, Ashoka University（阿肖卡大学物理系）；School of Mathematics, Statistics and Physics, Newcastle University（纽卡斯尔大学数学、统计与物理学院）
研究坍缩云中小型和大型发电机的行为，揭示磁场在坍缩背景下的超指数增长机制，挑战传统发电机理论。
2026-01-22 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.SR
Fundamental scales in the kinematic phase of the turbulent dynamo
湍流发电机是将湍流动能转换为磁能的强大机制。一个关键的问题，关于磁场放大的湍流，是，在什么规模，$k_{\rm p}$，磁场成为最集中？关于$k_{\rm p}$是由粘性尺度$k_ν$（湍流动能耗散）还是电阻尺度$k_η$（磁场耗散）控制，存在一些分歧。在这里，我们使用直接的磁流体动力学湍流的数值模拟来测量的湍流发电机的运动学阶段的特征尺度。我们运行$104$ -模拟与流体动力学雷诺数的$10 \leq {\rm Re} \leq 3600$，和磁雷诺数的$270 \leq {\rm Rm} \leq 4000$，探索$k_{\rm p}$对$k_ν$和$k_η$的依赖性。使用物理动机模型的动能和磁能谱，我们测量$k_ν$，$k_η$和$k_{\rm p}$，确保获得的尺度数值收敛。我们确定的整体耗散尺度关系$k_ν= (0.025^{+0.005}_{-0.006})\, k_{\rm turb}\, {\rm Re}^{3/4}$和$k_η= (0.88^{+0.21}_{-0.23})\, k_ν\, {\rm Pm}^{1/2}$，其中$k_{\rm turb}$是湍流驱动波数和${\rm Pm}={\rm Rm}/{\rm Re}$是磁普朗特数。我们证明了$k_{\rm p}$的原理依赖于$k_η$。对于等离子体的${\rm Re} \gtrsim 100$，我们发现，$…
2022-04-07 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
Magnetic Quenching of Turbulent Diffusivity: Reconciling Mixing-length Theory Estimates with Kinematic Dynamo Models of the Solar Cycle
太阳对流区的湍流磁扩散率是平均场发电机模型中约束最差的成分之一。这种缺乏约束以前导致了关于最合适的参数集的争议，因为对湍流扩散率值的不同假设导致了完全不同的太阳活动周期预测。通常情况下，发电机社区使用双步骤的扩散率配置文件，其特征在于在对流区的大部分扩散率的低值。然而，这些低扩散率值与基于混合长度理论的理论估计不一致-这表明湍流扩散率值要高得多。更糟糕的是，运动发电机模拟无法使用这些理论估计产生可持续的磁循环。在这项工作中，我们表明，磁循环成为可行的，如果我们结合理论上估计的扩散率分布与磁淬火的扩散率。此外，我们发现，该解决方案的主要特点可以通过发电机模拟使用规定的（运动学）扩散率分布，这是基于动态淬火扩散率的时空几何平均值。在这里，我们提供了一个分析适合的动态淬火扩散率分布，它可以用于运动发电机模拟。在成功地调和混合长度理论估计的扩散率配置文件与运动发电机模型，我们认为，他们仍然是一个可行的工具，了解太阳磁周期。
2010-07-07 astro-ph.SR
A proposed paradigm for solar cycle dynamics mediated via turbulent pumping of magnetic flux in Babcock-Leighton type solar dynamos
目前，Babcock-Leighton通量输运太阳发电机模型似乎是解释太阳黑子周期不同观测方面的最有前途的模型。这些通量传输发电机模型的成功在很大程度上取决于一个单细胞纬向环流与深赤道组件在太阳的对流区的底部。然而，最近的观测表明，日冕流实际上可能非常浅（仅限于太阳顶部的10%），并且比以前认为的更复杂。总之，这些意见提出了严重关切的有效性通量运输范式。通过占湍流泵的磁通量证明在太阳对流的磁流体动力学模拟，我们表明，通量传输发电机模型可以产生类似太阳的磁循环，即使在湍流是浅的。类似太阳的周期性反转即使在赤道环流完全不存在的情况下也能恢复，然而，在这种情况下，太阳表面磁场动力学并不一直延伸到极地地区。非常重要的是，我们的研究结果表明，发电机波传播的帕克-吉村符号规则，可以绕过巴布科克-莱顿发电机模型的湍流抽运的纬度分量-这可以产生赤道向传播的太阳黑子带在没有深，赤道向纬向流。我们还表明，湍流抽运系数的变化可以调制太阳活动周期的振幅和周期性。我们的研究结果表明，交替的磁通量运输范例-介导的湍流泵-维持太阳恒星发电机行动的可行性。
2016-08-29 astro-ph.SR
A mean field dynamo from negative eddy diffusivity
利用直接数值模拟，我们验证了Roberts（1972）的“流IV”表现出由水平平均大尺度磁场主导的发电机作用。用试验场方法计算了湍流磁扩散系数，发现它是负的，并克服了分子扩散系数，从而定量地解释了磁雷诺数大于$\approx8$时的大尺度发电机现象。正如对这种发电机所预期的那样，但与$α$效应发电机相反，两个水平场分量彼此独立地增长，并具有任意的幅度比和相位差。小长度尺度的平均磁场被证明是稳定的湍流磁扩散率成为积极的在较大的波数。振荡衰减或增长的解决方案也被发现在某些波数间隔和足够大的值的磁雷诺数。对于磁雷诺数低于$\approx0.5$的湍流磁扩散率被证实是积极的，预期所有不可压缩流。早期声称的发电机驱动的修改泰勒-格林流通过负涡扩散率不能得到证实。
2013-05-23 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Lagrangian statistics of a shock-driven turbulent dynamo in decaying turbulence
在超新星激波和星系团中观测到$n$ G级的小尺度波动磁场，其放大可能是由比尔曼电池机制引起的。然而，如果没有湍流发电机，这些磁场就不能进一步放大，湍流发电机通过拉伸-扭曲-折叠（STF）机制产生磁能。因此，我们在这里提出了新的三维磁流体动力学（MHD）模拟的激光驱动的冲击波传播到分层，多相介质，调查后冲击波湍流磁场放大通过湍流发电机。这里使用的配置目前正在国家点火装置（NIF）的激波风洞中进行测试。为了探索激波后湍流区的统计特性，我们使用$384 \times 512 \times 384$示踪剂通过拉格朗日框架跟踪其演变，从而提供了一个高保真的分析冲击介质。我们的模拟表明，磁场的增长，伴随着近萨夫曼动能衰减（$E_{\textrm{kin}} \propto t^{-1.15})$没有湍流驱动，表现出略有不同的特性相比，周期性的盒子模拟。在其演化过程中似乎不存在明显的阶段，因为在湍流衰减过程中观察到磁场放大的激波通道和时间非常短（湍流翻转时间的$\sim\!0.3$）。然而，增长率仍然是一致的压缩（无卷曲）湍流驱动亚音速，可压缩湍流的预期。唯象理解的磁场和速度场的动态也阐明通过拉格朗日频谱，这是一致的预期的惯性范围缩放的欧拉-拉格朗日桥。
2023-02-16 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
Helical turbulent nonlinear dynamo at large magnetic Reynolds numbers
在旋转的天体物理系统中，包括行星、恒星和星系，大尺度磁场的激发和进一步维持通常被认为涉及由螺旋磁流体动力学湍流驱动的流体磁发电机效应。虽然这种情况是有吸引力的一般理由，但它目前仍然在很大程度上不受约束，特别是因为一个基本的了解大规模的流体磁性的非线性渐近行为的天体物理学相关的，但危险的制度，大磁雷诺数$Rm$仍然缺乏。我们探索这个问题，使用本地高分辨率模拟湍流磁流体动力学驱动的非均匀螺旋强迫产生的正弦曲线的动力学螺旋度，模仿半球形分布的动力学螺旋度在旋转的湍流流体体。我们确定了一个过渡在大$Rm$的非线性状态，其次是$Rm\simeq 3\times 10^3$，由强大的，饱和的小尺度磁流体动力学湍流和较弱的，旅行相干大尺度场振荡。这种状态的特点是一个渐进的小电阻耗散的磁螺旋度，其空间重新分布通过动力学螺旋度的半球分布驱动的湍流通量在赤道，并在大$Rm$的重联典型的等离子体团的纠缠的动态磁场的试探性存在。
2021-12-09 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.flu-dyn
The kinetic helicity needed to drive large-scale dynamos
当湍流是螺旋形的并且如果畴足够大以使$α$效应支配湍流扩散时，已知通过所谓的$α$效应可以在与湍流涡旋的尺度相比更大的尺度上产生磁场。使用三维湍流模拟，我们表明，所产生的平均磁场的饱和状态的能量与归一化螺旋度的产品和域尺度的比值，以涡尺度线性增加，提供这个产品超过一个临界值的团结。这意味着，大规模的发电机行动开始时，归一化的螺旋度大于反尺度比。我们的研究结果表明，小规模发电机行动的出现并没有任何显着的影响，大规模发电机。Pietarila Graham等人（2012，Phys. Rev. E85，066406）最近发现的较小的最小螺旋度可能是由于在大磁雷诺数下小尺度发电机作用的开始而引起的伪影。然而，当动力学螺旋度很小时，大规模发电机作用的开始是难以建立的。他们使用了具有时间相关相位的ABC流，而不是随机强迫。我们表明，这种发电机饱和过早的方式，让人想起内部磁螺旋通量的非均匀发电机。此外，即使对于非常低的分数螺旋度，这样的发电机显示大规模的领域，改变方向，这是不典型的湍流发电机。
2013-11-15 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Magnetic dynamo action at low magnetic Prandtl numbers
本文研究了小磁普朗特数区域中运动学湍流发电机作用对磁场的放大作用。这样的制度是相关的行星和恒星内部，以及液态金属实验室实验。Kazantsev Kraichnan模型的基础上，建立发电机阈值和发电机增长率的湍流波动的不同动力学螺旋度的全面分析。有人建议，在对比的情况下，大磁普朗特数，在小磁普朗特数的运动发电机行动的显着影响的动力学螺旋度，它可以是相当有效的螺旋度谱的适当选择。
2010-10-31 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
Magnetic helicity and fluxes in an inhomogeneous alpha squared dynamo
在三维湍流发电机的研究中，许多工作都是在三重周期区域中进行的，在这些区域中不存在磁螺旋度通量。在这里，我们提出的模拟湍流强度仍然是几乎均匀的，但现在有一个完美的导体边界条件的一端和垂直场或伪真空条件的其他。这导致了迁移发电机波。与相应的解析可解α ^2发电机的结果吻合得很好，并对两种模型的螺旋度通量进行了研究。研究发现，在中等的磁雷诺数，大部分的磁螺旋度损失发生在大尺度。这种变化是否在更大的磁雷诺数，所需的减轻灾难性的发电机淬火问题，仍然不清楚。
2019-02-04 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Turbulent transport coefficients in spherical wedge dynamo simulations of solar-like stars
本文在平均场论的框架下研究了全球可压缩类太阳对流发电机中的发电机作用。我们模拟了一个楔形球壳中的太阳型恒星，对流和旋转之间的相互作用自洽地驱动着一个大规模的发电机。为了分析发电机的机制，我们应用测试场法的方位角（$ϕ$）平均场，以确定27个湍流输运系数的电动势，其中6个是相关的$α$张量。这种方法以前曾被用于模拟在笛卡尔坐标系中或在geodynamo上下文中，并在这里首次适用于完全可压缩模拟类太阳能发电机。我们发现，$α$张量的$ϕϕ$分量不遵循预期的动力学螺旋度的配置文件。湍流抽运速度显著地改变了作用于磁场的有效平均流，因此挑战了通量传输发电机的概念。所有系数都受到动态重要磁场的显著影响。观察到淬灭和增强。这导致系数随活动周期的调制。的时间变化被发现是可比的时间平均值，似乎是负责的磁场生成的非线性反馈。此外，我们量化的有效性的帕克-吉村规则的赤道传播的平均磁场在这种情况下。
2018-01-16 astro-ph.SR
Neural Differential Equations for the Solar Dynamo
Moscow State University（莫斯科大学）；Institute of Continuous Media Mechanics（连续介质力学研究所）；Perm National Research Polytechnic University（彼尔姆国立研究波利亚技术大学）；IZMIRAN（地球磁场、电离层和无线电波传播研究所）
本文提出利用神经网络模型和神经微分方程，通过观测数据拟合太阳黑子周期，揭示α淬灭函数与磁极数的关系，为磁极理论的闭合问题提供新方法。
2026-03-11 astro-ph.SR physics.plasm-ph
MHD Turbulence, Turbulent Dynamo and Applications
MHD湍流在许多空间物理和天体物理环境中很常见。本文首先讨论了不可压MHD湍流的性质。导电性良好的流体在一个称为小规模发电机的过程中放大了初始磁场。低于动能和磁能的均分尺度，谱是陡峭的（Kolmogorov-5/3），并以临界平衡的强MHD湍流为代表。本文介绍了普遍非线性小尺度发电机的基本原理和MHD湍流的惯性范围。在高分辨率直接数值模拟中，我们测量了小尺度发电机$C_E=0.05$、Kolmogorov常数$C_K=4.2$和各向异性常数$C_A=0.63$对MHD湍流的效率。我们还讨论了所谓的不平衡或交叉螺旋MHD湍流，这是相关的许多对象，最突出的是在太阳风。结果表明，不可压缩MHD湍流的性质与可压缩湍流中MHD叶栅Alfvénic部分的性质相似。级联的其他部分根据其自身的动态发展。慢模式由Alfvénic模式级联，而快模式创建独立的级联。我们发现，不同的方式分解成Alfvén，慢，快模式的可压缩MHD湍流提供一致的结果，不仅是有用的理解湍流级联，但其与快速粒子的相互作用。
2014-06-04 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.plasm-ph
Long-term variations of turbulent transport coefficients in a solar-like convective dynamo simulation
太阳，除了其11年的太阳黑子周期外，还受到其活动的长期变化的影响。在这项工作中，我们分析了一个类似太阳的对流发电机模拟，包含大约60个磁周期，表现出赤道向传播的磁场，多个频率，和不规则的变化，包括错过周期和复杂的奇偶校验偶极和四极模式之间的过渡。我们计算的湍流输运系数，描述的平均磁场的湍流速度场的影响，使用测试场的方法。测试场分析提供了一个合理的解释失踪的周期方面的减少$α_{ϕϕ}$提前减少的表面活动，并加强向下湍流泵在事件中，以限制在对流区的底部，其中局部最大值的磁能在事件中观察到的一些磁场。然而，在同一时间，淬火的湍流磁扩散率被观察到，虽然不同的深度分布相比，其他传输系数。因此，需要专门的平均场建模进行验证。
2017-10-06 astro-ph.SR
Analyses of features of magnetic cycles at different amounts of dynamo supercriticality: Solar dynamo is about two times critical
本文通过Babcock-Leighton型发电机模型在不同超临界程度下的模拟，结合蒙德极小期恢复速率和大极小/极大期统计，并与观测对比，证明太阳发电机仅约为临界值的两倍，并非高度超临界。
2025-01-04 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
The Turbulent Dynamo in Highly Compressible Supersonic Plasmas
这个动荡的发电机可以解释宇宙磁力的起源。虽然磁场的指数放大已经在不可压缩气体中进行了研究，但对高度可压缩的超音速等离子体（如星系的星际介质和早期宇宙）中的发电机作用知之甚少。在这里，我们进行了第一次定量比较的理论模型的发电机增长率和饱和度与三维磁流体动力学模拟超音速湍流与网格分辨率高达1024^3细胞。我们获得了数值收敛性，并发现发电机作用在低和高磁普朗特数Pm = nu/eta = 0.1-10（粘性耗散与磁耗散之比）时都发生，而这在超音速湍流中只在Pm >= 1时才出现。我们测量了临界磁雷诺数，Rm_crit = 129（+43，-31），表明可压缩发电机几乎与不可压缩气体一样有效。考虑到现在和早期宇宙的物理条件，我们得出结论，磁场需要考虑从早期到现在的宇宙年龄的结构形成过程中，因为它们抑制气体碎裂和驱动强大的喷流和外流，都极大地影响了恒星的初始质量函数。
2014-12-01 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.SR
Rotational dependence of turbulent transport coefficients in global convective dynamo simulations of solar-like stars
对于中等和缓慢的旋转，观测到类太阳恒星的磁活动强烈依赖于旋转。这些观察结果还没有一个坚实的解释发电机理论。我们的目标是找到这样一个解释，通过数值研究的旋转依赖性的发电机驱动器在类太阳恒星。我们运行了半全球对流模拟的恒星旋转率从0到30倍的太阳值，对应的科里奥利数，Co，0至110。我们用测试场方法测量了描述磁场演化的湍流输运系数，并与由微分旋转引起的发电机效应进行了比较。$α$张量的迹线随着Co $^{0.5}$的中等旋转速率而增加，并且随着快速旋转而变平。如果考虑到对流尺度随旋转增加而减小，则这种行为与动力学$α$一致。对于Co $\gtrsim 1$，$α$张量变得高度各向异性。此外，$α_{rr}$在中等旋转（1<Co<10）中占主导地位，$α_{ϕϕ}$在快速旋转（Co $\gtrsim 10$）中占主导地位。湍流抽运效应对磁场的回旋输运起着主导作用。考虑到所有的发电机效应，我们发现三个不同的制度。对于慢自转，在反太阳差异自转的情况下，$α$和Rädler效应占主导地位。对于中等旋转，$α$和$Ω$效应占主导地位，表明$αΩ$或$α^2Ω$发电机在运行，产生向赤道迁移的发电机波与定性太阳一样的旋转配置文件。对于快速旋转，受雷德勒效应影响的$α^2$机制似乎是发电机最可能的驱动力。我们的研究揭示了大量的发电机效应超出了经典的$αΩ$机制的存在。
2020-07-22 astro-ph.SR
Smoothed Particle Magnetohydrodynamics Simulations of Protostellar Jets and Turbulent Dynamos
我们提出的结果从平滑粒子磁流体力学模拟塌陷分子云的核心，和发电机放大的磁场在马赫数10磁化湍流的存在。我们的恒星形成模拟已经产生了，有史以来第一次，高度准直的磁化原恒星喷流从第一流体静力学核心阶段。最多可达40%的初始核心质量可通过这种外流喷出。进行这些模拟的主要困难是保持发散自由约束的磁场，并解决这个问题，我们已经开发了一种新的发散清洗方法，使我们能够稳定地遵循这些原恒星喷流的演变很长一段时间。超声速MHD湍流的模拟能够通过湍流发电机将磁能指数放大高达10个数量级。为了减少数值耗散，使用了一种新的冲击检测算法，该算法能够在大范围的磁场强度中跟踪磁冲击。
2013-10-17 astro-ph.SR
Cross helicity and related dynamo
湍流交叉螺旋度直接关系到平均涡度的电动势和平均磁场应变的雷诺应力张量的耦合系数。这表明，交叉螺旋效应是重要的情况下，全球不均匀的流动和磁场结构。由于这种大尺度结构在地球/天体物理现象中普遍存在，交叉螺旋度效应有望在地球/天体物理流动中发挥重要作用。在湍流交叉螺旋度的存在下，平均涡旋运动对湍流电动势有贡献。由于这种效应产生的磁场被称为交叉螺旋发电机。介绍了交叉螺旋发电机的几个特点。与螺旋度或$α$效应中${\bf{J}}$与湍流电动势中的${\bf{B}}$对齐的情况不同，我们通常在交叉螺旋度发电机中具有有限的平均场洛伦兹力${\bf{J}} \times {\bf{B}}$。这给出了交叉螺旋度效应的一个显著特征。通过在动量方程中考虑交叉螺旋度的影响，我们看到了这种影响的几个有趣的结果。与平均磁剪切耦合的湍流交叉螺旋度减小了湍流或涡动粘性的影响。流动诱导是这种效应的一个重要结果。交叉螺旋发电机的一个关键问题是研究如何以及有多少交叉螺旋可以在湍流中存在。在交叉螺旋度输运方程的基础上，讨论了交叉螺旋度输运的产生机制。一些最近的事态发展，在数值验证的基本概念的交叉螺旋发电机。
2013-06-26 astro-ph.SR
Run-away transition to turbulent strong-field dynamo
本文利用动态模式分解分析弱场与强场发电机状态间的转变，发现亚谐波不稳定性促成向强发电机的亚临界转变，并为降阶建模提供模态基础。
2025-05-10 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
Variations of the solar cycle profile in a solar dynamo with fluctuating dynamo governing parameters
太阳活动周期的幅度和形状各不相同。周期的形状和振幅之间有几个经验关系，特别是Waldmeier关系。由于太阳周期被认为是太阳发电机作用的结果，这些关系需要在这个理论的框架内得到解释，本文旨在提出一种可能的解释。我们与太阳活动的周期到周期的变化，太阳能发电机驱动器的波动，主要是在负责恢复的极向磁场从环形的参数波动。具体地说，我们在基于微分旋转和$α$效应的平均场发电机框架下建立了这样一个模型。我们证明了一个现实的旋转曲线和非线性与磁螺旋度平衡的基础上的平均场发电机再现定性和定量的Waldmeier关系观察到的太阳黑子数据自1750年以来（SIDC数据）。该模型还或多或少成功地再现了所讨论的参数之间的其他关系，特别是奇数和偶数周期之间的联系（Gnevyshev-Ohl规则）。我们的结论是，当代太阳发电机理论提供了一种方法来解释太阳黑子记录的太阳活动的周期到周期的变化。我们讨论了恒星活动周期模型的重要性，从HK项目的数据中可以看出，恒星活动周期具有类似于太阳周期的周期变化。
2012-05-23 astro-ph.SR
Solar large-scale magnetic field and cycle patterns in solar dynamo
利用观测结果和太阳发电机模型比较了太阳大尺度磁场的纬向谐波谱。在这些示踪剂中记录的太阳活动主周期是一个比太阳发电机方程的本征解复杂得多的现象，其增长被发电机驱动的磁场对太阳流体动力学的反作用饱和。每种模式记录的标称11（22）年周期有一个具体的相移，每个周期都不同;周期的实际长度因周期和示踪剂而异。观测和发电机模型都显示出轴对称$\ell_{5}$模式的特殊作用。它的起源似乎与太阳表面黑子的形成和演化有关。观测和发电机模型的结果表明，低$\ell_{1}$和$\ell_{3}$模式的协议。对于轴对称和非轴对称模型，这些模式的结果没有显著差异。我们的研究结果支持这样的想法，即太阳发电机的来源出现的结果，在大部分的对流区和表面磁活动的分布式发电机过程。
2021-04-15 astro-ph.SR
Turbulence and Dynamo Interlinks
湍流在天体物理环境中的作用及其与磁场的相互作用仍然存在很大争议。在这个讲座中，我们将在发电机过程的框架中讨论这个问题。我们将首先介绍一个非常简短的总结湍流发电机理论，然后将集中在小尺度湍流发电机和它们的特殊相关性的起源和维持的磁场在星系团内介质（ICM）的星系。在这些环境中，非常低密度的流动需要无碰撞MHD处理。我们将展示这种方法在这些环境中的磁场的湍流放大的影响。最后，我们还将简要地讨论MHD湍流和快速磁重联之间的联系及其在发电机过程中磁通量扩散的可能影响。
2013-01-25 astro-ph.HE astro-ph.SR
Mechanical energy fluxes associated with saturated coronal heating in M dwarfs: comparison with predictions of a turbulent dynamo
根据经验，M矮星的X射线光度LX的上限约为热辐射通量Lbol的0.2%。在M矮星中的磁场产生于对流运动均分的极限下，我们利用恒星模型计算了阿尔芬波FA的能流随次表面对流区深度的变化。由于阿尔芬波波模式到达日冕的最佳机会，我们建议FA设置的机械通量Fmech，导致日冕加热的上限。这一建议定量地解释了M矮星经验上所报道的LX/Lbol的饱和值。
2016-02-09 astro-ph.SR
The magnetic helicity driven solar-type dynamo
本研究发现由磁能驱动的太阳型发电机机制，表明大尺度涡旋和波动磁场在恒星对流区内的发电机中起关键作用。
2026-01-12 astro-ph.SR
Reconciling solar and stellar magnetic cycles with nonlinear dynamo simulations
据观测，太阳型恒星的磁场以十年为周期循环，太阳为11年。这些场起源于恒星的湍流对流层，对恒星的自转速率有着复杂的依赖性。我们已经进行了一组湍流的全球模拟，表现出不同的恒星旋转和光度系统的磁周期。我们发现磁循环周期与罗斯比数成反比，罗斯比数量化了旋转对湍流对流的影响。这种趋势依赖于一个基本上非线性的发电机过程，并且与太阳和其他太阳型恒星的周期相一致。
2017-07-13 astro-ph.SR
A Three- dimensional Babcock-Leighton Solar Dynamo Model with Non-axisymmetric Convective Flows
光球上观测到的对流（例如，超粒化（supergranulation，granulation）在从太阳黑子场产生大尺度极场的Babcock-Leighton（BL）过程中起关键作用。在大多数的地面通量输运（SFT）和BL发电机模式中，地面场的扩散和迁移被模拟为有效的湍流扩散。我们提出了第一个运动学三维FT/BL模型，明确纳入现实的对流太阳观测的基础上。获得的结果通常与观察到的表面通量演变以及湍流扩散率为$3 \times 10^{12}$ cm $^2$ s $^{-1}$（300 km $^2$ s $^{-1}$）数量级的非对流模型非常一致。然而，我们发现，湍流扩散系数的使用低估了发电机效率，产生较弱的平均场和较短的周期。
2018-09-18 astro-ph.SR
Dependence of stellar magnetic activity cycles on rotational period in nonlinear solar-type dynamo
本文用非线性发电机模型研究了太阳型恒星在14 ~ 30天自转周期范围内大尺度磁场的湍流产生。我们的模型考虑到非线性效应的动力学淬火的磁螺旋，和逃逸的磁场从发电机区域由于磁浮力。结果表明，所观察到的旋转周期和活动周期的持续时间之间的相关性可以解释的分布式发电机模型的框架下，从磁浮力或磁螺旋度的湍流产生的动态磁反馈作用。我们讨论的影响，我们的研究结果的理解发电机过程中运行的类太阳恒星。
2016-02-25 astro-ph.SR
Helicity conservation in nonlinear mean-field solar dynamo
我们使用包含次表层剪切的轴对称发电机模型来探讨磁螺旋度守恒对平均场太阳发电机的影响。我们的研究结果支持了Hubbard & Brandenburg（2012）最近的发现，他们认为如果考虑到总磁螺旋度守恒，平均场发电机中的灾难性淬灭会得到缓解。我们表明，太阳发电机可以在磁雷诺数高达$10^{6}$的宽范围内运行。我们还发现，磁螺旋度的边界条件影响的$α$ -效应的分布在太阳表面附近。
2012-11-11 astro-ph.GA astro-ph.SR
Solar cycle asymmetry as a consequence of fluctuations in dynamo parameters
在太阳活动周期中，活动增长的持续时间平均短于其下降的持续时间。这种不对称性可能是由发电机参数的波动引起的。一个太阳发电机模型与波动的$α$ -效应显示的统计不对称性增加波动幅度和相干时间。不对称起源的解释建议，它预测的不对称性措施和延迟的极场反转相对于活动最大值之间的相关性。最近12个太阳活动周期的数据证实了这种相关性。
2018-06-14 astro-ph.SR
Stellar dynamos in the transition regime: multiple dynamo modes and anti-solar differential rotation
已知类太阳恒星的全球和半全球对流发电机模拟显示了从反太阳（快极，慢赤道）到类太阳（快赤道，慢极）的差异旋转（DR）的过渡，以增加旋转速率。在后一个政权的发电机解决方案可以表现出规则的循环模式，而在前一个，只有固定或时间不规则的解决方案已获得至今。在本文中，我们提出了一个半全球发电机模拟的过渡区，表现出两个共存的发电机模式，循环和固定的，都是动态显着的。我们试图了解这样的发电机是如何通过分析大尺度流动特性（DR和纬向环流）与湍流输运系数与试验场方法得到的驱动。无论是$αΩ$发电机波还是平流主导发电机都不能解释平均磁场的周期和传播方向。此外，我们发现，$α$效应是可比的，甚至更大的$Ω$效应产生的环形磁场，因此，发电机似乎是$α^2Ω$或$α^2$型。我们进一步发现，有效的大规模流动显着改变湍流泵。
2019-11-22 astro-ph.SR
Solar and planetary dynamos: comparison and recent developments
虽然太阳发电机理论和行星发电机理论显然有着共同的根源，但在过去的二三十年里，它们的路线越来越不同，现在可能很少有专家可以声称对这两种理论都同样精通。典型的是，即使在优秀而全面的书“磁性宇宙”（Rudiger & Hollerbach 2004）中，关于行星和太阳的章节也是由不同的作者撰写的。关于这两个主题的独立评论包括Petrovay（2000），Charbonneau（2005），Choudhuri（2008）关于太阳发电机和Glatzmaier（2002），Stevenson（2003）关于行星发电机。在下文中，我将尝试对太阳发电机和行星发电机进行系统的比较，提出类比和差异，并强调一些有趣的最近结果。
2009-01-07 astro-ph.SR
Dynamo model for grand maxima of solar activity: can superflares occur on the Sun?
最近关于类太阳恒星超级耀斑的数据和过去关于太阳活动的放射性碳数据都表明了异常高磁活动的短暂时期。我们提出了一个解释的框架内的太阳发电机模型波动参数的盛大活动最大值。太阳型发电机是振荡的，因为太阳型差异旋转与正（在北半球）α效应相结合。人工反转α效应中的符号将发电机改变为具有比循环发电机的振幅大数百倍的磁能的稳定状态。因此，在磁周期的增长阶段，足够大的和持久的波动逆转了α效应的符号，可以导致一个稳定的发电机的瞬态变化，具有显著增加的磁能。这一定性情景的大活动最大值支持的发电机模型的计算与波动的α效应。几千个磁周期的计算统计给出了具有非常高的磁能的周期的例子。然而，我们的初步估计表明，太阳超级耀斑的概率极低。
2016-05-04 astro-ph.SR
The subsurface-shear shaped solar $αΩ$ dynamo
我们提出了一个太阳发电机模型，它分布在对流区的大部分区域，环形磁场使通量集中在近地层。我们表明，如果在发电机区域的顶部的边界条件允许大规模的环形磁场穿透更接近表面，那么模式的模拟蝴蝶图的环形磁场在对流区的上部形成的表面旋转剪切层。该模型与观测到的太阳磁周期的性质是一致的。
2010-12-24 astro-ph.SR
Hysteresis between distinct modes of turbulent dynamos
太阳发电机的非线性平均场模型显示了长期的变化，这可能与从长期放射性碳数据推断的不同活动状态有关。本文的目的是探索的直接数值模拟的Kitchatinov \& Olemskoy（2010）的最新平均场模型预测的发电机滞后。我们进行三维模拟的大型发电机在剪切盒螺旋强制湍流。作为初始条件，我们要么采用弱随机磁场，要么从早期模拟的快照开始。两个准稳定的状态被发现共存在一定范围内的参数接近的大规模发电机的发病。根据初始条件，模拟收敛到这些状态之一。当分数螺旋度或磁普朗特数在连续运行之间增加到发电机开始的临界值以上时，场强跳到一个有限值。然而，当分数螺旋度或磁普朗特数然后再次降低时，场强度保持在类似的值（强场分支），甚至低于原始开始。我们还观察到间歇性衰减阶段远离强场分支接近大规模发电机行动的点是可能的。因此，在平均场模型中先前看到的发电机滞后通过3D模拟再现。它可能与太阳活动的不同模式，如大极小期的讨论。
2015-04-23 astro-ph.EP astro-ph.IM astro-ph.SR
Solar activity in the past and the chaotic behaviour of the dynamo
这里回顾一下太阳活动的记录，重点放在特殊性上。由于太阳黑子的位置比各种全球太阳黑子数量更能告诉我们太阳发电机的情况，我们首先关注望远镜观测太阳黑子的记录，从而获得位置信息。然后，我们转向代理记录从宇宙成因同位素丰度，这表明在过去的9500年周期性的大极小。强烈调制的事件和具有较温和调制和较弱整体活动的干预事件之间的明显区别暗示了太阳发电机在数千年的过程中遵循各种解决方案，具有不同的对称性。
2014-06-30 astro-ph.SR
Magnetic helicity in non-axisymmetric mean-field solar dynamo
本文讨论了非线性、非轴对称平均场太阳发电机模型中磁螺旋度守恒的影响。本文研究了太阳对流区浅层非轴对称磁场扰动的演化，扰动强度约为10 G。发电机的演变从纯轴对称阶段，通过短（约2年）的瞬态阶段时，非轴对称m=1发电机模式占主导地位的最后阶段，在那里的轴对称的发电机几乎恢复。结果表明，在瞬态阶段，磁螺旋度在谱空间上来回传递。我们的模拟还表明，非轴对称分布的磁螺旋度趋向于遵循海尔极性规则的区域。
2016-01-20 astro-ph.SR
