Magnetic Archaeology of Early-Type Stellar Dynamos
早期型恒星的磁场强度呈双峰分布，有些显示出非常强的磁场（$\gtrsim 1\,\mathrm{kG}$），有些显示出非常弱的磁场（$\lesssim 10\,\mathrm{G}$）。最近，我们提出，这反映了地下对流带对古油气田的处理或缺乏。化石磁场较弱的恒星在表面将这些磁场加工成更弱的发电机产生的磁场，而在化石磁场较强的恒星中，磁性抑制对流，使化石磁场保持原样。我们现在扩展这一理论，并探讨近地表磁场演化的时间尺度。我们发现，质量损失条近表面区域的速度比磁场可以通过它们扩散。因此，对地表磁性的观测直接探测了对流发电机的冻结残骸。这就解释了磁场非常弱的恒星中磁性的缓慢演化：这些发电机- \emph{generated}磁场在质量损失的时间尺度上演化，而不是发电机。
2021-10-07 astro-ph.SR
Red Dwarf Stars: Ages, Rotation, Magnetic Dynamo Activity and the Habitability of Hosted Planets
我们报告我们的持续努力，以了解和描绘的磁发电机引起的行为/红矮星（K5 V - M6 V）在其漫长的生命周期的变化。这些特性包括：自转、光的变化（来自星点）、日冕色球极紫外线活动和耀斑。这项研究是作为NSF赞助的与红矮星共存计划的一部分进行的。与红矮星共存计划的dM恒星数据库与光度测定确定的旋转速率（从星点调制）继续扩大，因为没有档案XUV观测的库存。当所有的数据集与年龄从集群/人口成员和运动学相结合，确定的年龄旋转活动的关系是可能的。这种关系不仅对磁发电机理论和具有深对流区的低质量恒星的角动量损失的研究有广泛的影响，而且对红矮星上的行星是否适合维持生命也有广泛的影响。由于本质上的低光度（L <0.02 L_sun），液态水宜居带（HZ）非常接近它们的主星-通常在0.1-0.4 AU。位于其主星附近的行星有可能受到日冕和色球XUV辐射、耀斑和等离子体爆炸的破坏和大气损失，这些辐射是通过强风和日冕物质抛射产生的。此外，我们的关系允许通过测量恒星的自转周期（最佳方式）或XUV活动水平来确定恒星的年龄。这也允许确定其宿主行星的年龄。我们以系外行星系统的年龄测定为例来说明这一点：GJ 581和HD 85512（都在主星的HZ内有地球大小的大行星），GJ 1214（热的，近距离凌日的超级地球行星）和HD 189733（短周期，热木星行星与其主星相互作用-来自其dM 4伴星的年龄）。
2011-11-16 astro-ph.EP astro-ph.SR
Weakened Magnetic Braking Signals the Collapse of the Global Stellar Dynamo
本研究通过分光偏振测量数据发现，当恒星Rossby数接近发电机激发临界值时，磁制动减弱导致星风扭矩急剧下降，这表明科里奥利力对全局对流影响存在旋转阈值，致使全局恒星发电机效率降低。
2025-09-03 astro-ph.EP astro-ph.SR
On the weak synchronization of a nonlinear solar dynamo oscillator by coherent planetary timing
Académie des Sciences, Institut de France（法兰西科学院，法兰西学院）；Institute of Earthquake Prediction Theory and Mathematical Geophysics, Russian Academy of Sciences（俄罗斯科学院地震预测理论与数学地球物理研究所）；Accademia Nazionale delle Scienze detta dei XL（XL国家科学学院）；DeepField Sensing；Muséum National d’Histoire Naturelle, CNRS, UMR 7196, INSERM U1154（法国国家自然历史博物馆，CNRS，UMR 7196，INSERM U1154）；Sorbonne Université, CNRS, METIS, UMR 7619（索邦大学，CNRS，METIS，UMR 7619）
本文通过拉格朗日框架表明行星运动通过角动量调节太阳自转，进而影响太阳磁周期，提供物理基础模型支持太阳发电机受行星运动弱驱动的证据。
2026-09-23 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.geo-ph
Gravitoturbulent dynamo in global simulations of gaseous disks
引力不稳定性（GI）驱动的湍流可以放大大质量气体盘中的磁场。这个GI发电机可能出现在年轻的星周盘，其弱电离挑战其他放大路线，以及在活动星系核。虽然被认为是一个大规模的发电机，只有当地的模拟到目前为止描述了它的运动机制。研究了全球磁流体动力学（MHD）模型中吸积盘的GI发电机，着重于其运动学相。我们进行电阻MHD模拟与冥王星代码不同的辐射冷却时间和电的双折射率。一个弱磁场种子发电机，我们采用平均场和启发式模型捕捉其本质。我们恢复相同的感应过程，导致磁场放大，如先前确定的本地模拟。然而，发电机本质上是全球性的，通过固定增长率的大规模发电机模式连接遥远的圆盘环。这种大规模的放大可以用一个不依赖于传统α-Ω效应的平均场模型来描述。当改变圆盘参数时，我们发现有利于磁放大的最佳电阻率，其磁雷诺数Rm < 10，比局部模拟小得多。与局部模拟不同，我们发现了一个最佳的冷却速率和全局振荡发电机模式的存在。发电机的非线性饱和使磁盘处于GI有效范围的边缘上的强磁化湍流状态。在我们的模拟中，吸积功率最终超过了局部热平衡对冷却所需的阈值，使GI发电机的长期非线性结果不确定。
2022-07-04 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Is the small-scale magnetic field correlated with the dynamo cycle?
小尺度的磁场在太阳表面是普遍存在的-即使在高纬度地区。从观测中我们知道，这个场与全球太阳黑子周期无关（甚至可能是微弱的相关）。我们的目的是探索的起源，特别是周期依赖的这种现象，使用三维发电机模拟。我们采用了一个简单的模型，在剪切盒湍流发电机驱动的螺旋强迫湍流。根据发电机的参数，大规模（全球）和小规模（本地）发电机可以独立地在这个模型中。通过不同参数区域的模拟，我们发现，当系统中只有大尺度发电机时，大尺度磁场的破碎和缠结所产生的小尺度磁场与全球磁循环正相关。然而，当两个发电机都工作时，小规模场是由小规模发电机和大规模场的纠缠产生的。在这种情况下，当大尺度场弱于湍流的均分值时，小尺度场与大尺度磁循环几乎不相关。另一方面，当大尺度磁场强度大于均分值时，我们观察到小尺度磁场与大尺度磁周期之间存在一种近似关系。这种关系可以解释为对小尺度发电机的抑制。根据我们的研究，我们得出结论，观测到的太阳小尺度磁场是由小尺度发电机和大尺度磁场缠结的联合机制产生的。
2015-10-16 astro-ph.EP astro-ph.IM 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
Magnetic fields in fully convective M-dwarfs: oscillatory dynamos vs bistability
M矮星有两种活动：1）强（千高斯）的几乎轴对称的极向磁场; 2）相当弱的非轴对称磁场，有时包括大量的环向分量。发电机双稳性已被提出作为一种解释。然而，在发电机模型中获得这样的双稳态并不简单。另一方面，太阳磁偶极子在磁场反转时变得横向于旋转轴，而磁场在远离反转时变得较弱。因此，太阳类似于具有第二种活动的恒星。我们认为M矮星可以有磁循环，而具有第二种活动的M矮星可能只是在磁场反转时观测到的恒星。在此模型框架下，可以利用具有第二类活动的M矮星的相对数量来确定近地表恒星对流的参数。
2014-01-08 astro-ph.SR
The dynamo-wind feedback loop: Assessing their non-linear interplay
虽然太阳磁场产生于对流层深处，但它通过帕克螺旋对地球空间环境产生直接影响。它强烈地调制着整个日球层的太阳风，特别是它的纬向和经向速度分布。然而，风也通过打开冕洞中的磁场线来影响冕磁场的拓扑结构，这可以通过改变发电机边界条件来影响恒星的内部磁场。这种耦合是特别难以建模，因为它涵盖了大量的各种时空尺度。准静态研究已经开始帮助我们揭示发电机产生的磁场是如何塑造风的，但太阳发电机和太阳风之间的全面相互作用仍然没有得到我们的理解。我们使用可压缩磁流体动力学（MHD）程序PLUTO，在2.5维空间中同时计算了恒星内部磁场通过α-Ω发电机过程的产生和演化，以及年轻太阳在几个活动周期中多变日冕风的相应演化。恒星表面的多层边界条件连接了内部和外部恒星层，使两者都能动态地适应。我们的连续耦合发电机-风模型使我们能够描述太阳风条件如何随周期相位而变化，并量化积分量（如阿尔文半径）的演变。我们进一步评估太阳风对发电机本身的影响，通过比较我们的结果与无风反馈。
2019-12-03 astro-ph.SR
Dynamo cycles in global convection simulations of solar-like stars
几颗类太阳恒星表现出类似于太阳的周期性磁场活动，如在光球和色球层发射中发现的。我们希望了解这些活动周期的旋转依赖性所涉及的物理机制。我们使用三维磁流体动力学模拟的全球对流发电机模型的类太阳恒星的发电机的旋转依赖性进行调查。我们进一步应用测试场方法来确定这些模拟中的$α$效应。我们发现发电机具有明确的振荡平均磁场为中度和快速旋转运行。对于较慢的旋转，场是恒定的或呈现不规则的周期。在中等和快速旋转区，循环周期随旋转而微弱增加。这种行为可以很好地解释与帕克-吉村发电机波赤道旅行。尽管$α$效应随着旋转的增加而变得更强，但剪切减小得更陡，导致这种对旋转的弱依赖性。与其他数值研究类似，我们没有发现Brandenburg等人（1998）提出的活动分支。然而，我们的模拟似乎更符合Distefano et al.（2017）和Olspert et al.（2017）提出的过渡分支。如果太阳表现出类似于我们在模拟中发现的发电机波，它将在对流区深处运行。
2018-05-07 astro-ph.SR
Magnetic cycles in a dynamo simulation of fully convective M-star Proxima Centauri
最近在比邻星周围发现了一颗类似地球的系外行星，这为缓慢旋转的完全对流M星提供了一个亮点。当这些恒星快速旋转时（周期为$\lesssim 20$天），它们会产生非常高的活动水平，这种活动由比太阳磁场强得多的磁场提供动力。最近的理论工作开始理解产生如此强的磁场的发电机过程。然而，对于旋转缓慢的完全对流M星，观测和理论前景仍然相对未知。在这里，我们提出了一个滞弹性发电机模拟，旨在模仿一些物理特性的比邻星，一个代表性的情况下，缓慢旋转的完全对流的M星。旋转对流自发地在对流区中产生差分旋转，其驱动相干磁循环，其中轴对称磁场随着时间的推移在所有纬度重复地改变极性。模拟中“活动”周期的典型长度约为9年，与最近提出的Proxima Centauri活动周期长度约为7年完全一致。我们的结果与早期的工作相比，我们假设发电机机制经历了一个根本性的变化，完全对流恒星旋转随着年龄的增长。
2016-12-01 astro-ph.SR
Dipolar versus multipolar dynamos: the influence of the background density stratification
内容：在巨大行星和快速旋转的恒星中的发电机作用导致广泛的各种磁场几何形状，包括小尺度多极和大尺度偶极主导的拓扑。以前的发电机模型表明，一旦惯性变得有影响力，解决方案就会变得多极化。这些模型大多是为类地行星量身定制的，忽略了背景密度分层。目的：研究密度分层对对流驱动发电机模型的影响。研究方法：本文采用滞弹性近似法对快速旋转球壳进行了三维非线性模拟，并考虑了密度分层。一个系统的各种密度分层和瑞利数的参数研究允许探索这些参数上的磁场拓扑结构的依赖性。结果如下：滞弹性发电机模型倾向于产生宽范围的磁场几何形状，其落在具有强偶极主导或弱多极场的两个不同分支上。只要惯性很弱，两个分支就可以共存，但一旦惯性变得有影响力，偶极分支就会消失。偶极分支也消失了较强的密度分层。原因是对流柱集中在靠近外边界赤道的狭窄区域，这种配置有利于非轴对称解。在多极解中，纬向流可以变得显著并参与环向场的产生。帕克发电机波，然后可以发挥重要作用，接近发电机行动的开始，导致循环磁场行为。结论：我们的模拟还表明，晚M矮星具有偶极或多极磁场的事实可以从两个方面解释。它们可能因惯性的相对影响而不同，或属于两种解决办法并存的制度。
2012-08-30 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.geo-ph
Helicity and dynamo action in magnetized stellar radiation zones
计算了恒星辐射区环形磁场的非轴对称泰勒不稳定性驱动的螺旋度和α效应。在线性近似中，纯环向场总是激发具有相同增长率但具有相反螺旋度的模对，使得净螺旋度消失。如果磁场背景场具有额外（弱）极向分量的螺旋结构，则其中一种模式占主导地位，产生与背景场当前螺旋度相关的净动力学螺旋度。计算了平均电动势，结果表明，最快增长模的α效应与背景场的电流螺旋度同号。发现α效应太小而不能驱动α^{2}发电机，但对于弱极向场，αΩ发电机的激励条件可以满足。此外，如果发电机通过磁不稳定性产生它自己的α效应，那么它的符号就不会出现问题。然而，在所有情况下，α效应都表现出极强的集中，因此可能的αΩ发电机可能只在极区工作。因此，我们的线性理论的结果导致了一个新的拓扑问题的存在的大规模发电机在恒星辐射区的电流驱动的不稳定性的基础上。
2011-07-13 astro-ph.EP astro-ph.HE astro-ph.SR
Dynamo induced by time-periodic force
为了理解时变流（如湍流）驱动的发电机效应，本文数值研究了旋转磁流体动力学流中时变力引起的发电机效应，并着重研究了力频率对发电机效应的影响。发现发电机作用依赖于力的频率。当力的频率接近共振频率时，力可以驱动发电机，而当力的频率远离共振频率时，发电机失效。在共振频率附近的频率范围内，力的共振频率感应出弱磁场，并且随着力的频率偏离共振频率，磁能增加。这与共振时的强流将诱发强场的直觉相反。这是因为磁场与自励发电机内的流体流动发生非线性耦合，改变了驱动力与惯性波的共振。
2018-02-26 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
Slow convection and fast rotation in crystallization-driven white dwarf dynamos
最近有人提出，白矮星产生磁场的过程类似于地球。地核的结晶化产生了一种驱动对流的成分反转，结合旋转，这可以维持一个磁发电机。我们重新分析发电机机制，所产生的缓慢结晶的核心，并发现对流周转时间$t_{\rm conv}$的几周到几个月-长的数量级比以前认为的。随着白矮星自旋周期$P\ll t_{\rm conv}$，结晶驱动的发电机几乎总是在快速旋转的制度，其中磁场$B$至少是在均分与对流运动，并可能进一步增强了一个因素的$B\propto (t_{\rm conv}/P)^{1/2}$，这取决于假设的发电机标度律。我们使用MESA跟踪结晶核心的生长，并计算磁场$B(T_{\rm eff})$作为白矮星的有效温度$T_{\rm eff}$的函数。我们将这一预测与观测结果进行了比较，结果表明，结晶驱动的发电机可以解释一些-但不是全部-单个白矮星测量的$\sim$ MG磁场，以及在激变变量中测量的白矮星更强的磁场，这些磁场是由质量吸积旋转到短$P$的。我们的$B(T_{\rm eff})$曲线也可以解释在$T_{\rm eff}\approx 7500\textrm{ K}$周围有巴耳末发射线的白矮星的聚集。
2022-05-15 astro-ph.SR
Magnetic braking and dynamo evolution of $β$ Hydri
本研究通过分析 $β$ Hydri 的偏振光谱、X射线和星震数据，发现该亚巨星在经历磁制动减弱后重新获得强磁场，支持“重生”发电机假说，并为恒星自转模型提供关键约束。
2025-06-20 astro-ph.SR
Stellar mid-life crisis: subcritical magnetic dynamos of solar-like stars and the breakdown of gyrochronology
最近的观测揭示了恒星陀螺年代学关系在太阳年龄附近的惊人崩溃，暗示着中年的类太阳恒星过渡到磁性不活跃的未来。我们为这些有趣的观测提供了理论基础，这些观测的灵感来自于一个可以探索长期太阳周期波动的数学发电机模型的模拟。我们重现所观察到的太阳黑子数的双峰分布，但只为亚临界发电机。基于分叉分析，我们认为，太阳类恒星的老化使得弱磁发电机制度容易访问。弱磁场生产在这一制度妥协风驱动的角动量损失，从而破坏霸权的恒星旋转自旋下降的磁制动。类太阳恒星的{ \emph{subcritical magnetic dynamos} }假说为太阳-恒星现象的多样性提供了自洽、统一的物理基础，例如为什么超过中年的恒星不像年轻时那样快速自旋，恒星陀螺年代学关系的破裂，观察到的双峰分布的长-长期的太阳黑子观测和最近的发现表明，太阳可能会过渡到一个磁不活跃的未来。
2021-07-28 astro-ph.SR
Supercriticality of the dynamo limits the memory of the polar field to one cycle
极地磁场前兆被认为是预测下一个太阳活动周期强度的最可靠和基于物理的方法。然而，为了对一个周期做出可靠的预测，前一个周期太阳极小期的极场是否足够，或者我们需要许多以前周期的极场？为了回答这个问题，我们进行了几次模拟使用Babcock-Leighton型通量输运发电机模型与随机强迫源的极向场（$α$项）。我们表明，当发电机是在临界发电机过渡或弱超临界附近运行时，周期n的极性场决定了接下来几个周期（至少三个）的振幅。然而，当发电机基本上是超临界时，极场的这种相关性减少到一个周期。随着发电机的超临界性的增加，极场的记忆从多周期到单周期的这种变化与模型中各种湍流传输过程的重要性无关。我们进一步表明，当发电机在临界点附近运行时，它会产生频繁的较弱活动的延长事件，类似于太阳的大极小期。巨极小的发生伴随着极场的多旋回相关。极大极小值的出现频率随发电机超临界度的增大而减小。
2022-02-08 astro-ph.SR physics.space-ph
Subcritical dynamo and hysteresis in a Babcock-Leighton type kinematic dynamo model
在太阳和类太阳恒星中，对流区等离子体流中的差旋和螺旋度的存在导致了大尺度磁场的周期性。因此，对于每一颗恒星，都有一个临界发电机数来维持一个大规模发电机的运转。当恒星减速时，预计大规模发电机将在临界旋转周期以上停止运行。在我们的研究中，我们探讨的可能性，操作的发电机在亚临界区使用Babcock-Leighton型运动发电机模型。在某些参数区域，我们发现发电机表现出滞后行为，即，两个发电机解决方案是可能的，这取决于初始参数-衰减的解决方案，如果开始与弱场和强振荡的解决方案（亚临界发电机），当开始与强场。然而，在发电机参数的大波动下，亚临界发电机模式在某些参数区域是不稳定的。因此，我们的研究支持可能存在的亚临界发电机在某些恒星，这是以前所示的平均场发电机模型与分布式$α$和MHD湍流发电机模拟。
2021-07-04 astro-ph.IM astro-ph.SR
Magnetic fields of low-mass main sequences stars: Nonlinear dynamo theory and mean-field numerical simulations
该研究通过非线性发电机理论与平均场数值模拟，揭示了快自转低质量主序星的大尺度磁场由受弱较差自转修正的平均场$α^2Ω$发电机产生，明确了较差自转对磁活动行为与周期的调控作用。
2023-10-02 astro-ph.SR
On dynamo action in the giant star Pollux : first results
我们提出了一个3D MHD模拟的对流信封的巨星Pollux的旋转周期和磁场强度已测量光谱和光谱偏振观测的初步结果。这颗巨星是第一个被探测到磁场的单颗巨星之一，也是迄今为止磁场最弱的一颗。我们的目的是了解发电机在其扩展的对流信封的发展和行动。
2013-12-11 astro-ph.SR
Wave interference as the origin of the cyclic magnetorotational dynamo in accretion disks: insights from weakly nonlinear theory and local shearing box simulations
Institute for Advanced Study（高等研究院）；Princeton University（普林斯顿大学）；Perimeter Institute for Theoretical Physics（基础物理研究所）
本文通过弱非线性理论和局部剪切箱模拟，揭示了磁旋转不稳定性在吸积盘中产生大尺度循环发电机的波干涉机制，预测了周期和振幅的标度关系。
2026-05-08 astro-ph.EP astro-ph.HE astro-ph.SR
Hysteresis near the transition of the large-scale dynamo in the presence of the small-scale dynamo
本研究通过含螺旋驱动湍流的αΩ发电机模型模拟，证实存在小尺度发电机时大尺度发电机仍有亚临界分支与磁滞行为，支持慢速旋转恒星亚临界区存在大尺度发电机的可能。
2024-07-12 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
Confinement of the Solar Tachocline by a Non-Axisymmetric Dynamo
本研究通过三维数值模拟分析太阳发电机磁场强度对差旋层限制的影响，发现非轴对称旋转场分量在强场下可实现差旋层限制，揭示了快速磁场限制的新机制。
2024-01-08 astro-ph.SR
Revisiting the Biological Ramifications of Variations in Earth's Magnetic Field
一个类似地球的行星磁场已被广泛援引为可居住性的一个要求，因为它据称可以减轻到达表面的电离辐射通量以及中性粒子和离子从大气中逃逸。最近的古地磁证据表明，地球的内核的成核，随后可能是地磁场强度的增加，可能发生在埃迪卡拉纪附近。受这一假定发现的启发，我们探索了地球发电机的增长或逆转所产生的后果。通过审查和综合新出现的定量模型，提出在这些情况下，生物辐射剂量率和大气逃逸率的变化都不会超过$\sim 2$的系数。因此，我们认为，试图通过地球磁场强度的变化来解释寒武纪辐射或质量波动的假说可能是不可能的。我们还简要地讨论了行星磁场的变化可能会影响早期火星，并可能影响系外行星轨道M-矮星。
2019-04-11 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.geo-ph
Polar Field Puzzle: Solutions from Flux-Transport Dynamo and Surface Transport Models
第23太阳活动周的极区磁场比第22太阳活动周弱约50%。解决这个难题的唯一理论模型是表面传输模型和通量传输发电机模型。比较从数值模拟使用表面通量传输模型和通量传输发电机模型得到的极场，我们表明，这两类模型可以解释的物理范围内的极场功能包括在各自的模型。在这两种模式中，极场如何随纬向环流的变化而变化取决于所用纬向环流廓线的细节。使用物理推理和示意图，以及从磁通量传输发电机模型的数值解，我们证明，极场主要是由倾斜，双极活动区的衰减所提供的表面极向源的强度。在通量输送发电机模式中，纬向气流随纬度的廓线及其随时间的变化比在地面输送模式中的影响小得多。
2011-04-01 astro-ph.SR
From fibril to diffuse fields during dynamo saturation
研究了大型发电机磁场的不稳定度。基于模拟，有人认为，有一种趋势，该领域变得更加分散和非间歇性的发电机饱和。模拟是理想化的，因为湍流是强螺旋的，剪切是强的，所以场变得更加扩散的趋势有点夸张。较早的结果有关的磁浮力的影响进行了讨论。它强调的是，所产生的磁浮力是弱的同时向下泵送的较强的影响相比。这些研究结果被用来支持的概念，太阳发电机可能会在分布式的方式，近地表剪切层可以发挥重要作用。
2009-04-18 astro-ph.SR
Mechanism of local dynamo action on the Sun
在平静的太阳中，磁场通常被观测为小尺度的磁性元素，“盐和胡椒”，覆盖整个太阳表面。通过使用3D辐射MHD数值模拟，我们证明了这些场是对流区顶层局部发电机作用的结果，其中极弱的“种子”磁场可以局部增长到平均均分场之上（例如，从$10^{-6}$ G“种子”场到超过1000 G的磁性结构）。我们发现，当地发电机行动只发生在一个浅，约500公里深，地下层，从产生的领域被输送到更深的层对流下沉气流。我们证明，所观察到的主导地位的垂直磁场在光球和水平场以上的光球可以解释由发电机产生的多尺度磁回路。
2013-12-03 astro-ph.SR
Grand Challenges in the Physics of the Sun and Sun-like Stars
对恒星结构和演化的研究是天体物理学的主要组成部分之一，太阳具有重要意义，因为它是最适合详细研究的恒星，也是迄今为止通过其辐射和微粒输出对地球和近地环境影响最大的恒星。在过去的几十年里，对恒星和太阳的研究在某种程度上已经分开。但近年来，星震学的快速发展，以及对更好地了解太阳和恒星发电机的追求，再次强调了恒星和太阳研究之间的协同作用。在这篇文章中，我选择了两个“重大挑战”，这既是因为它们的至关重要性，也是因为我认为这两个问题在未来十年内会取得重大进展。它们是：（一）了解太阳和恒星发电机如何产生磁场，以及（二）提高地球效应空间天气的可预测性。
2014-06-17 astro-ph.SR
Small-scale dynamo simulations: Magnetic field amplification in exploding granules and the role of deep and shallow recirculation
我们分析了最近的高分辨率光球小尺度发电机模拟计算的MURaM辐射MHD代码。我们专注于新形成的下行通道爆炸颗粒的分析，因为它们显示了如何在光球弱磁化区域（颗粒中心）演变成强磁化区域（下行通道）。我们发现，新形成的下流通道最初表现出主要是一个层流收敛流，放大垂直磁场嵌入在颗粒从几个10 G的场强超过800 G。这导致延伸的磁片具有与颗粒尺度相当的长度。湍流剪切的场放大首先发生在光球层可见光层之下几百公里处。浅层再循环将产生的湍流场在几分钟内输送到光球层，之后新形成的下行通道显示出强磁性片和湍流场分量的混合。我们特别强调的作用，浅，深再循环的组织和强度的磁场在光球和讨论的光球和亚光球能量转换与小尺度发电机过程。虽然通过洛伦兹力的能量转换仅微弱地依赖于饱和场强（因此深或浅再循环），但它强烈地依赖于磁普朗特数。我们讨论了这些发现的潜力，通过高分辨率观测进一步限制小规模发电机模型。
2018-05-22 astro-ph.SR
Nonlinear small-scale dynamos at low magnetic Prandtl numbers
饱和的小规模发电机解决方案驱动的各向同性非螺旋湍流在低磁普朗特数Pm下降到0.01。当Pm < 0.1时，大部分能量通过焦耳热耗散，与螺旋形大尺度发电机的早期结果一致，动能耗散与Pm^{1/2}成比例地减小到0.1。与早期的工作一致，除了在电阻标度附近有一个短的Golitsyn k^{-11/3}谱外，还有一些证据表明在更大的标度上有一个短的k^{-1}谱。均方根磁场强度的小规模发电机被发现仅弱地依赖于Pm的值，并减少了约2的一个因素，因为Pm从1减少到0.01。在Pm=0.1的非线性制度的发电机行动的可能性被认为是一个结果的抑制的瓶颈中看到的动能频谱中没有一个发电机，更一般地说，抑制附近的耗散波数的动能。
2011-09-28 astro-ph.SR
Origin and Recovery from Grand Solar Minima in a Time Delay Dynamo Model with Magnetic Noise as an Additional Poloidal Source
利用数值分岔分析方法研究了一个基于时滞微分方程的简化Babcock-Leighton（BL）发电机模型。该模型揭示了滞后现象，在最近的平均场发电机模型和湍流发电机的直接数值模拟。将磁噪声作为极向场的附加弱源的BL模型每次都能从极大极小值恢复太阳活动周，这是单独的BL源所不能做到的。噪声纳入模型表现出双峰分布的环向场能量确认两种模式的太阳活动。它还显示了不稳定性和再现相空间崩溃，蒙德极小期的实验签名。在我们的模型中的巨极小值的发生统计与重建的太阳黑子数的观测统计相当吻合。最后，我们证明，磁噪声的水平控制的持续时间的大极小，甚至有一个处理在其等待期间，这表明触发效应的大极小的噪声，从而关闭全球发电机。因此，我们得出结论，由于小尺度湍流发电机行动（或其他来源）的“磁噪声”起着至关重要的作用，即使在巴布科克-莱顿发电机模型。
2018-04-30 astro-ph.SR
Magnetic Field Amplification via Protostellar Disc Dynamos
我们数值研究了通过$αΩ$发电机在原恒星盘中产生磁场以及由此产生的磁流体动力学（MHD）驱动的外流。我们发现，对于小的无量纲发电机参数$α_d$的值的极向场的增长率$σ\propto Ω_K \sqrt{α_d}$指数，在饱和到一个值$\propto \sqrt{α_d}$。发电机激发偶极和八极模，但四极模被抑制，因为种子场的对称性。初始种子场太弱，推出MHD外流被发现足以增长到发射风观测相关的质量通量的顺序$10^{-9} M_{\odot}/\rm{yr}$金牛座T星。这表明$αΩ$ -发电机可能产生了足够强的磁场来发射观测到的外流。
2018-03-02 astro-ph.HE astro-ph.SR
Confinement of the solar tachocline by a cyclic dynamo magnetic field
太阳速跃层令人惊讶的薄度至今仍没有得到确切的理解。在众多可能的情况下，建议解释其径向约束，一个假设是基于麦克斯韦应力所施加的循环发电机磁场的太阳穿透皮肤深度以下的湍流对流区。我们的目标是评估在何种条件下（湍流水平的速跃层，发电机产生的领域，传播机制的强度），这种情况下可以实现在太阳速跃层。我们开发了一个简化的1D模型的上部速跃层的影响下的振荡磁场施加从上面。湍流输运用增强的湍流扩散（或反扩散）系数参数化。两个主要的过程中，被认为是湍流粘性传播或辐射传播。进行了广泛的参数研究，以建立物理参数制度下，速度跃层的磁约束，这是由于表面发电机场可以实现。我们已经探索了大范围的磁场振幅，粘度，欧姆扩散率和热扩散率。我们发现，对于大的，但仍然现实的磁场强度，差分旋转可以被抑制在上辐射区（因此速跃层限制），如果弱湍流存在（具有增强的欧姆扩散率$η> 10^{7-8} \, cm^2/s$），即使在存在辐射扩散。我们的研究结果表明，发电机磁场，在弱湍流的存在下，可以防止向内钻速跃层受到粘性扩散或辐射传播。
2017-03-07 astro-ph.SR
Modelling the occurrence of grand minima in sun-like stars using a dynamo model
在这项工作中，我们已经研究了变化和发生的大极小使用运动发电机模型的一个太阳质量的恒星具有不同的旋转速率和深度的对流区。我们从相应的流体动力学模型中指定了大尺度流动（微分旋转和双旋环流）。我们包括随机波动的Babcock-Leighton源的极向场产生可变的恒星周期。我们观察到，快速旋转的恒星产生非常不规则的周期与强大的磁场，很少产生像蒙德的大极小，而缓慢旋转的恒星（太阳和更长的旋转周期）产生较弱的强度和偶尔的大极小的平滑周期。一般情况下，极大极小值的数目随着旋转速率的减小而增加。这些结果可以解释的事实，即随着旋转周期的增加，发电机的超临界性降低，发电机更容易产生扩展的大极小在这个制度。
2022-12-04 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
Rieger-type periodicity during solar cycles 14-24: estimation of dynamo magnetic field strength in the solar interior
太阳活动在几个月的时间尺度上发生变化，被称为Rieger型周期性，通常发生在太阳黑子周期的最大值附近。早期的分析表明，周期性只出现在某些周期中，而在其他周期中则不存在。但在不同的周期出现/缺席尚未得到解释。我们进行了小波分析的太阳黑子数据从格林威治皇家天文台和比利时皇家天文台在周期14-24。我们发现，在所有的周期中都会出现里格型周期，但它们是周期依赖性的：较短的周期出现在较强的周期中。我们的分析显示，在弱周期14-15和24期间，周期为185-195天，在较强周期16-23期间，周期为155-165天。本文导出了在对流区底部附近的发电机层中存在环形磁场和差动旋转时磁Rossby波的球谐函数的色散关系。这表明，m=1和n=4的快Rossby波的谐波，其中m（n）分别表示环向（极向）波数，完全符合观察到的周期性。环向场强从弱到强的变化可能导致在这些周期中发现的不同周期，这解释了所观察到的神秘的Rieger型周期性特征。最后，我们使用观察到的周期性来估计周期14-24期间的发电机场强。我们的估计表明，对于较强的周期，场强为40 kG，对于较弱的周期，场强为20 kG。
2016-05-13 astro-ph.SR
Solar and stellar flares: frequency, active regions and stellar dynamo
我们证明，弱耀斑的斑点的依赖可以是相当弱的。事实上，这样的耀斑可以发生在小的和大的活动区域。与此同时，M和X级的强大大型耀斑更经常发生在大型活动区。在能量估计中，还可以假设星斑中的平均磁场等于太阳黑子本影中的平均磁场。因此，太阳黑子的有效平均磁场为900 Mx/cm $^2$，而恒星黑子的有效平均磁场为2000 Mx/cm $^2$。此外，能量存储器的高度不能严格地与A $^{1/2}$成比例。对于恒星，拟合因子要小一个数量级。对M类和X类太阳X射线耀斑以及恒星上超级耀斑的发生率的分析表明，考虑到活动区的点状和致密性的差异，这两种耀斑都可以用一个模型来描述。因此，恒星上的超级耀斑和太阳上没有超级耀斑的问题被简化为发电机机制效率差异的问题。
2022-08-08 astro-ph.SR
A Volume-limited Sample of 63 M7-M9.5 Dwarfs II. Activity, magnetism, and the fade of the rotation-dominated dynamo
在光谱类型为M7-M9.5的63颗超冷矮星的体积有限的样品中，我们已经在超大望远镜和凯克天文台的HIRES上获得了高分辨率的UVES光谱。在这第二篇论文中，我们提出了预计的旋转速度，平均磁场强度，和色球发射的H α线。我们证实了较早的结果，归一化的Halpha光度的平均水平随温度降低，我们发现，在较低的温度下，Halpha光度之间的散射较大。我们测量的平均磁场在0和4kG之间，没有指示M7和M9.5之间的温度依赖性。对于给定的温度，H α光度与磁场强度有关，这与早期恒星的结果一致。一些旋转非常缓慢的恒星显示出非常弱的磁场和H α辐射，所有旋转速度超过我们检测极限的恒星都显示出至少几百高斯的磁场。与早期类型的恒星相比，我们在旋转速度超过~ 3 km/s的恒星中观察到弱于1 kG的磁场，但我们发现它们之间的旋转和磁通量产生之间没有相关性。我们将此解释为发电机机制的根本变化;在超冷矮星中，磁场产生主要是通过湍流发电机实现的，而其他机制可以在早期光谱类型下更有效地运行。
2009-12-21 astro-ph.SR
Solar radius and luminosity variations induced by the internal dynamo magnetic fields
虽然由磁性表面特征（例如，太阳黑子、光斑、磁网络）的观点已被普遍接受，但由于内部磁场而引起的内禀光度变化的存在仍有争议。这种额外的贡献预计将伴随着半径的变化，并可能对地球气候产生重大影响。我们的目标是从理论上限制太阳的半径和光度变化，这是由于在其内部与发电机周期相关的可变磁场的影响。我们扩展了一个一维恒星演化程序，使之包含了磁场对内部结构的影响。我们调查不同的磁场配置，基于观测约束和最先进的平均场发电机模型的输出。我们探讨了阶梯状和简单的周期性的磁场峰值强度的时间依赖性。我们发现，光度和半径的变化与磁场强度分别是反相和同相的。对于几十千高斯量级的峰值磁场强度，得到的光度变化范围在10^{-6}和10^{-3}（以模数计）之间，半径变化范围在10^{-6}和10^{-5}之间。对于实际强度和几何形状的磁场，获得了适度但显著的半径变化（相对而言高达10^{-5}），提供了潜在的可观察到的固有变化特征。除了公认的地表效应之外，确定它们的存在将对理解太阳引起的气候长期趋势产生非常重要的影响。
2018-10-23 astro-ph.SR
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 strong magnetic fields via the small-scale dynamo during the formation of the first stars
在这里，我们总结了我们最近的高分辨率计算机模拟结果的湍流放大弱磁种子场显示，这种领域将呈指数放大，也在引力坍缩让人想起的情况下，在原始恒星形成。指数磁场放大是由湍流小尺度发电机驱动的，只有在中央核心的湍流运动得到充分解决的情况下，才能在计算机模拟中观察到这种情况。我们发现，牛仔裤的长度，决定了中央核心区域，必须解决至少30个网格单元，以捕捉发电机活动。我们从研究中得出结论，强磁场将在宇宙中第一批恒星的形成过程中产生，可能会影响它们的演化和质量分布。
2012-02-21 astro-ph.CO astro-ph.SR
Moffatt drift driven large scale dynamo due to $α$ fluctuations with nonzero correlation times
我们提出了一个理论的大规模发电机行动的湍流具有随机，零平均波动的$α$参数。特别令人感兴趣的是由于莫法特漂移，这预计是有限的统计各向异性湍流的平均磁场的增长的可能性。我们扩展了Kraichnan-Moffatt模型，以探索$α$波动的有限记忆效应，其精神类似于Sridhar & Singh（2014），以下简称SS 14。利用一阶光滑近似，我们得到了一个线性积分微分方程的动力学的大尺度磁场，这是非微扰的$α$ -相关时间$τ_α$。我们恢复早期的结果在完全可解的白噪声（WN）的限制，莫法特漂移不有助于发电机的增长/衰减。为了研究有限记忆效应，我们通过假设$τ_α$是小的但非零的，并且大尺度磁场是缓慢变化的，将积分-微分方程简化为偏微分方程。我们推导了色散关系，并提供了明确的表达式作为四个独立参数的函数的增长率。当$τ_α\neq 0$时，我们发现：（i）在没有Moffatt漂移，但具有有限Kraichnan扩散系数的情况下，只有强的$α$ -涨落才能产生平均场发电机;（ii）在一般情况下，当Moffatt漂移也不为零时，弱或强的$α$-涨落都能产生大尺度发电机;以及（iii）在某个大的$k$处总是存在波数（$k$）截止，超过该波数，增长率变为负值。因此，我们表明，一个有限的莫法特漂移总是可以促进大规模的发电机行动，如果足够强，即使在弱的$α$波动的情况下，最大的增长发生在中间波数。
2016-03-01 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.plasm-ph
Saturation of large-scale dynamo in anisotropically forced turbulence
由于磁螺旋度平衡的限制，湍流发电机理论在获得短动力学时间尺度上的大尺度磁场演化方面遇到了困难。这对于理解太阳、恒星和星系等天体物理系统中的大尺度磁场演化具有重要意义。直接数值模拟（DNS）在过去的各向同性强迫螺旋湍流表明，大规模发电机饱和时间尺度依赖于磁雷诺数（Rm）。在这项工作中，我们已经进行了周期性的盒DNS的螺旋强制湍流导致一个大规模的发电机与两种强迫功能，一个各向同性的基础上使用的PENCIL代码和各向异性的基于Galloway-Proctor流。我们表明，当湍流被迫各向异性，非线性（饱和）行为的大型发电机只有弱依赖于RM。事实上，各向异性情况下的磁螺旋度在小尺度和大尺度上的演化与各向同性情况下的磁螺旋度演化有明显的不同。这一结果可能为缓解灾难性淬火等重要问题带来希望。
2021-12-02 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.flu-dyn
Dynamo theories
这些讲义是基于2017年在Les Houches的等离子体物理冬季学校提供的教程。他们的目的是提供一个独立的研究生水平介绍湍流流体和等离子体中发电机效应的理论和建模，并结合该领域当前研究的回顾。主要重点是发电机理论的不同（湍流）分支基础的物理和数学概念，一些天体物理，地球物理和实验背景在整个文件中传播。正文首先介绍了基本原理，观测和历史根源的主题，并磁流体力学的基本概念相关的发电机理论。接下来的两节讨论了（线性和非线性）小型和大型磁流体发电机的基本现象学和数学方面。这些部分的补充是一个选择当前活跃的研究课题在该领域的概述，包括地球和太阳发电机的数值模拟，剪切发电机驱动的湍流与零净螺旋度，磁流体动力学不稳定性驱动的发电机，如磁旋转发电机。困难的问题，一个统一的，自洽的统计处理的小型和大型发电机在大磁雷诺数也讨论了整个文本。最后，一个短途旅行是相对较新的，但越来越受欢迎的领域磁场产生弱碰撞等离子体。对该领域未来的前景和挑战进行了简短的讨论，结束了演讲。
2019-08-29 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.flu-dyn
