Bridging planets and stars using scaling laws in anelastic spherical shell dynamos
在快速旋转的行星和低质量恒星内部运行的发电机可能属于类似的类别，旋转起着至关重要的作用。我们使用缩放定律来量化这种相似性。我们分析直接数值模拟的Boussinesq和滞弹性球壳发电机。这些发电机代表了从类地行星到快速旋转的低质量恒星的简化模型。我们发现，磁场和速度在这些发电机相关的可用浮力功率通过一个简单的幂律，持有各种各样的控制参数。
2013-10-01 astro-ph.EP astro-ph.SR
New approach to scaling rules for stellar and planetary dynamos
美化维度分析用于导出内部和外部磁场强度以及各种时间尺度的标度规则。由于多个时间尺度，简单的维度分析是不确定的，但物理参数可以剔除不相关的参数。时间尺度可以从线性化的不稳定性分析而不是磁-阿基米德-科里奥利（MAC）平衡的无根据假设中推导出来。进一步的关系可以从耦合的主要场分量和差动旋转的高级模型中导出。外部偶极场与内部磁场的比值以及差动旋转与总旋转的比值取决于发电机机制的细节。
2016-03-30 astro-ph.EP astro-ph.SR
Waves in planetary dynamos
本专题着重于行星内部深处的磁流体动力学（MHD）过程，其中它们的流体发电机正在运行。发电机产生的全球磁场为我们的日地环境提供了背景。探索发电机内部的过程是一个重大的理论和计算挑战，任何进入内部动力学的窗口都会大大增加我们的理解。这样一个窗口是通过探索快速动力学，特别是MHD波的发电机定义的基本状态。随着地球物理观测和数值模拟的发展，这一领域是当前关注的主题。我们在这里特别注意扭转Alfvén波/振荡和磁Rossby波，这可能被视为典型的轴对称和非轴对称模式，分别在各种各样的波类的快速旋转的MHD流体。这些波的激发被证明是地球发电机，同时也被认为是木星。我们将概述它们的动态，总结我们目前的理解，并为未来的前景提出开放性问题。
2022-11-10 astro-ph.EP physics.flu-dyn
The role of slow magnetostrophic waves in the formation of the axial dipole in planetary dynamos
通过对球发电机模型中波动的分析，研究了轴向偶极子在行星发电机中的优先性。我们的研究重点是慢磁致旋波的作用，这是从本地化的洛伦兹，科里奥利和浮力（MAC）的力量之间的平衡。由于慢波是已知的，以加强与增加的场强，模拟中，该领域的增长从一个小种子到饱和是有用的，在了解这些波在发电机动作的作用。在含能尺度上的轴向群速度测量结果表明，在弱场下，受磁场和浮力影响较小的快慣性波占主导地位。然而，对于满足$|ω_M/ω_C| \sim $ 0.1的强场，慢波的优势是明显的，其中$ω_M$和$ω_C$分别是阿尔文和慣性波的频率。确定方位角波数的MAC波窗口，其中由慢波产生的螺旋度与偶极子产生强烈相关。磁感应方程的分析表明，极向-极向场转换的偶极子的形成。最后，慢波的衰减可能导致强烈驱动的地核中的极性反转。
2022-02-17 astro-ph.EP physics.geo-ph
Regime transitions of dynamos driven by fingering double-diffusive convection
Southern University of Science and Technology（南方科技大学）
本研究通过三维数值模拟揭示，热稳定分层的增强会引发指状双扩散对流发电机从强场偶极子主导状态向弱场状态的突然转变，最终导致发电机停止，为行星磁演化提供新见解。
2026-09-22 astro-ph.EP
Dynamos driven by top-heavy double-diffusive convection in the strong-field regime
本研究对比了旋转球壳中双扩散对流与co-density模型的发电机模拟，发现在强场区域两者产生相似的磁场和长期变化，支持了co-density模型在行星发电机模拟中的适用性。
2025-08-13 astro-ph.EP
Scaling laws in spherical shell dynamos with free-slip boundaries
对流驱动的旋转球壳发电机的数值模拟通常是在刚性边界条件下进行的，这适用于类地行星的金属核。自由滑动边界更适合其他天体物理物体（例如气态巨星或恒星）中的发电机。使用一组57个直接数值模拟，我们调查的自由滑移边界条件的热流，流速和磁场强度的标度特性的效果，并与刚性边界的早期结果进行比较。我们发现，力学边界条件的性质只有很小的影响的标度律。我们还发现，虽然偶极和多极发电机表现出大致相同的标度指数，有一个偏移的标度前因子的速度和磁场强度。我们认为，偏移可以归因于两极和多极发电机之间的纬向流贡献的差异。
2013-02-20 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.geo-ph
The impact of tidal locking on Earth-like planetary dynamos
Dipartimento di Fisica, Sapienza, Università di Roma（罗马大学物理系）
本研究探究潮汐锁定对M型矮星宜居带类地行星发电机与磁层的影响，发现潮汐锁定会严重削弱行星磁场，中晚期M型矮星的潮汐锁定与强恒星风会彻底摧毁行星磁屏蔽。
2026-08-24 astro-ph.EP astro-ph.SR
Consistent scaling laws in anelastic spherical shell dynamos
数值发电机模型总是采用与自然物体中预期值相差几个数量级的参数值。然而，这样的模型已经成功地在定性再现行星和恒星发电机的属性。这种定性的协议燃料的想法，数值模型和天体物理对象可以在相同的渐近制度的动态。这可以通过探索模型的缩放行为来测试。对于对流驱动的不可压缩球壳发电机与恒定的材料属性，以前已经建立了相关的流速和磁场强度的可用功率的比例定律。在这里，我们分析273直接数值模拟使用滞弹性近似，也涉及与半径相关的磁，热和粘性扩散率的情况下。与Boussinesq模型相比，这些模型更好地代表了气体巨行星和低质量恒星的条件。我们的研究提供了强有力的支持的假设，即平均速度和平均磁场强度规模作为一个功能所产生的浮力以同样的方式为广泛的条件。
2013-06-25 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
The role of rotation in the evolution of dynamo generated magnetic fields in Super Earths
行星磁场可能影响行星大气的演化，并在确定生命出现和演化所需的条件（行星可居住性）方面发挥作用。我们在这里研究旋转的作用，在大质量的类地行星，超级地球（1-10 $M_\oplus$）的发电机产生的磁场的演变。利用最新的超级地球热演化模型（Gaidos et al. 2010; Tachinami et al. 2011）和对流驱动发电机的更新标度律，我们预测了局部Rossby数的演化。该量是核心磁场状态的代理之一，即非反向偶极、反向偶极和多极。我们研究了当地的Rossby数的依赖性，因此核心磁场制度对行星质量和旋转速率。以前的工作只集中在核心磁场假设快速旋转的行星，即行星在偶极制度的演变。在这项工作中，我们走得更远，包括旋转的影响，在行星磁场制度的演变，并获得全球约束的存在，强烈的保护磁场在快速和缓慢旋转的超级地球。我们发现行星保护磁场的产生和持续存在不仅是行星质量的函数，而且还依赖于自转速率。低质量超级地球（$M\lesssim 2 M_\oplus$）会产生强烈的表面磁场，但它们的寿命将被限制在2-4 Gyrs，旋转周期大于1-4天。另一方面，在缓慢旋转的行星中，质量更大的超级地球（$M\gtrsim 2 M_\oplus$）具有弱磁场，但它们的偶极子将持续更长时间。最后，我们分析了潮汐锁定的超级地球内外的宜居带的GKM星。
2011-11-19 astro-ph.EP physics.geo-ph
Dynamos of giant planets
本文概述了将旋转球壳内对流产生磁场理论应用于巨行星的可能性和困难。最近的进展，在理解的分布导电性的巨行星表明，发电机的过程主要发生在地区的电阻率。与地球发电机相反，巨行星中产生的磁场具有强烈的径向电导率变化。强调了行星光度对欧姆耗散的约束的重要性。行星发电机很可能是振荡型的，尽管这些振荡在行星的外部可能并不明显。
2009-05-31 astro-ph.EP physics.flu-dyn physics.space-ph
Tidal locking as a negative feedback on Earth-like planetary dynamos: Consequences for magnetic shielding and habitability
Sapienza, Università di Roma（罗马大学）；INAF, Observatory of Abruzzo（阿布鲁佐天文台）
研究潮汐锁定如何影响M矮星宜居带类地行星的磁场生成和磁层保护，发现潮汐锁定通过负反馈导致偶极场崩溃，内边界磁场显著衰减，外边界仅对早期M矮星和早期地球有利。
2026-06-23 astro-ph.EP astro-ph.SR
A dynamo simulation generating Saturn-like small magnetic dipole tilts
在行星发电机中，土星的磁场以其特殊的轴对称性而引人注目。它的一个独特的特点是，磁偶极子模式是相对于行星旋转轴倾斜只有$\approx 0.007^{\circ}$或更少。在这种情况下进行的数值发电机模拟产生这样小的偶极子倾斜角，而不引入特设成分，如纬度变化的热通量模式在外层或稳定分层层（SSL）有很大的困难。在这里，我们提出了一个数值发电机模拟，产生一个高度轴对称的发电机与平均约$\approx 0.0008^{\circ}$的偶极子倾斜。该模型由一个深的发电机层和一个覆盖的低电导率层，但没有任何SSL。我们强调了一种新的机制，在大气层中产生的强差分旋转渗透到发电机区域，有助于保持一个非常小的磁偶极子倾斜。
2022-03-07 astro-ph.EP physics.flu-dyn physics.geo-ph
Kinematic dynamos in triaxial ellipsoids
行星磁场是由其内部导电流体的运动产生的。因此，发电机问题在球面几何中受到了广泛的关注，即使行星体是非球面的。为了超越球形假设，我们开发了一种算法，该算法利用三轴椭球中的磁场的全谱描述来求解具有局部边界条件（即伪真空或完全导电边界）的感应方程。我们使用的方法来计算的自由衰减磁模式，并解决指定的流量的运动发电机问题。新的方法进行了彻底的分析解决方案和标准的有限元计算，这也是用来模拟绝缘的外部。我们得到发电机磁场在低磁雷诺数的椭球体，这可以作为简单的基准，为未来的发电机研究在这样的几何形状。最后，我们讨论了如何磁边界条件可以修改发电机发病，表明一个完美的导电边界可以强烈削弱发电机行动，而伪真空和绝缘边界往往给出类似的结果。
2021-08-31 astro-ph.EP physics.flu-dyn physics.geo-ph
Rossby number regime, convection suppression, and dynamo-generated magnetism in inflated hot Jupiters
本文利用一维演化模型研究膨胀热木星内部对流与发电机磁场，发现热注入方式会显著抑制发电机区对流，使表面磁场降至木星量级或更低，从而解释其相干射电辐射难以探测的原因。
2025-07-07 astro-ph.EP
Estimating the magnetic field strength in hot Jupiters
与木星相比，大部分已知的类木星系外行星都是膨胀的。这些“热”彗星的轨道靠近它们的母恒星，并受到强烈星光的轰击。许多理论被提出来解释它们的半径膨胀，其中一些理论认为一小部分入射星光被注入行星内部，这有助于膨胀行星。这样的能量注入将如何影响行星发电机？在这封信中，我们估计表面磁场强度的热彗星使用缩放参数，涉及能量在行星内部的发电机产生的磁场。我们发现，如果我们考虑到注入行星内部的能量足以使热彗星膨胀到观测到的半径，那么由此产生的发电机应该能够产生比木星值强一个数量级以上的磁场。我们的分析突出了恒星光在热超导体中设置场强的潜在基本作用。
2017-10-15 astro-ph.EP astro-ph.SR
Orbit-Spin Coupling, the Solar Dynamo, and the Planetary Theory of Sunspots
本文提出轨道-自旋耦合机制替代行星潮汐模型解释太阳活动变化，给出1660-2220年力矩数据，并结合太阳黑子数、黑尔周期和总辐照度提出三组分模型，为施瓦贝周期和黑尔周期变率提供物理解释。
2023-09-20 astro-ph.EP astro-ph.SR
Does the Planetary Dynamo Go Cycling On? Re-examining the Evidence for Cycles in Magnetic Reversal Rate
地磁场反转的记录在板块构造理论的发展中起着不可或缺的作用。反转记录的统计分析旨在详细说明模式，并将这些模式与核幔过程联系起来。地磁极性时标是一个动态记录，新的古地磁和地质年代学数据提供了更多的细节。在本文中，我们使用傅立叶分析研究了3.75亿年前（Ma）反转记录中揭示的周期性。在1600 - 4000万年（Myr）范围内的反转功率谱中发现了四个显著的峰。绘制由近端峰值的频率之和构建的函数，产生一个短暂的2600万年的周期性，表明具有周期性吸引子的混沌运动。可能的1600万年的周期性，以前公认的结果，可能与地幔柱的脉动，也许;更试探性地，与核-幔动力学起源附近的大型低剪切速度层在太平洋和非洲。行星的磁场屏蔽了带电粒子，这些带电粒子会在行星表面产生辐射，并使大气层变薄，这是一种与M星特别相关的损耗机制。了解行星磁场的起源和发展可以阐明宜居带。
2017-01-18 astro-ph.EP nlin.CD physics.data-an
Magnetic properties of Proxima Centauri b analogues
在距离我们太阳最近的恒星Proxima Centauri周围发现一颗行星，代表了系外行星模型可测试性的巨大飞跃。与任何其他发现的系外行星不同，Proxima b的模型可以与近期的望远镜观测和遥远的未来现场测量进行对比。在本文中，我们的目标是预测的行星半径和磁性（发电机寿命和磁偶极矩）的Proxima b类似物（固体行星的质量为$\sim 1-3\,M_\oplus$，旋转周期数天和可居住的条件）。为此目的，我们建立了一个网格的行星模型与广泛的组成和质量。对于网格中的每个点，我们运行在\citet{Zuluaga2013}中开发的行星演化模型。我们的模型假设轨道偏心率小，潮汐加热可以忽略不计和地球一样的放射成因地幔元素丰度。我们设计了一种统计方法来估计所需的行星属性的后验分布，假设简单的先验分布的轨道倾角和散装组成。我们的模型预测Proxima b的质量为$1.3\leq M_{\rm p}\leq 2.3\,M_{\oplus}$，半径为$R_{\rm p}=1.4^{+0.3}_{-0.2}\,R_{\oplus}$。在我们的模拟中，大多数Proxima b类似物发展出持续$\geq$ 4 Gyr（宿主恒星的估计年龄）的内在发电机。如果还活着，Proxima b的发电机有一个偶极矩${\cal M}_{\rm dip}>0.32^{\times 2.3}_{÷2.9}{\cal …
2017-12-12 astro-ph.EP
Dynamo Models of the Solar Cycle: Current Trends and Future Prospects
太阳黑子的周期性出现所体现的太阳磁周期，通过产生现在所称的空间天气，对我们的空间环境和天基技术产生了重大影响。太阳磁场输出的长期变化还通过调节太阳辐照度影响行星大气和气候。在这里，我总结了目前的理解这个磁周期的状态，突出重要的观测约束，详细介绍了动态发电机建模方法和评论未来的前景。
2011-10-26 astro-ph.EP astro-ph.SR
Magnetic Scaling Laws for the Atmospheres of Hot Giant Exoplanets
我们提出了热巨系外行星大气中平流、辐射、磁阻力和欧姆耗散的标度律。在弱热电离极限下，欧姆耗散随行星平衡温度（T_eq >~ 1000 K）的增加比太阳辐射功率的增加快，最终达到太阳辐射功率的~ 1%，这可能足以使热彗星的半径膨胀。在较高的T_eq值仍然，磁阻力迅速制动大气风，这降低了相关的欧姆耗散功率。例如，当行星磁场强度B= 10 G时，基准标度律表明，在T_eq ~ 1300-2000 K的平衡温度范围内，欧姆耗散超过太阳辐射功率的1%，在T_eq ~ 1600 K处有一个峰值。在行星热光球层的磁拖曳风的证据可能会出现在减少纵向偏移的昼侧红外热点的形式。这表明热点偏移量和半径膨胀程度之间可能存在一种因果关系，以一种可观测的方式将热巨型系外行星的大气和内部性质联系起来。虽然提供了一个有用的框架，探索磁场的情况下，标度律也揭示了强大的参数依赖性，特别是相对于未知的行星磁场强度。
2011-11-12 astro-ph.EP
Relations between dynamo-region geometry and the magnetic behavior of stars and planets
地球和太阳磁场长期以来一直被认为是非常不同的对象，无论是在空间结构和时间行为。最近发现的完全对流恒星的磁场结构更像是行星磁场，而不是太阳的磁场（Donati J.- F.例如，Science，311（2006）633），尽管这些物体的物理和化学性质明显不同。这一观察结果表明，一个简单的控制参数可能是这些不同行为的原因。我们在这里报告的三维模拟结果表明，不同的纵横比的活跃发电机区域可以产生急剧的过渡，从地球一样的稳定发电机，太阳一样的发电机波。
2009-01-07 astro-ph.EP physics.geo-ph
Scaling laws to understand tidal dissipation in fluid planetary layers and stars
潮汐耗散被认为是行星系长期演化的主要驱动力之一。它直接源于行星和恒星内部的耗散机制，并强烈依赖于天体的结构和动力学。这项工作的重点是在恒星和行星层的粘性摩擦的机制。本文采用局部模式研究了潮汐耗散。它提供了一般的标度律，给出了流体潮汐波的不同可能行为的定性概述。此外，它突出了耗散的潮汐频率的敏感性和流体的内部参数，如旋转，分层，粘度和热扩散率，将影响自旋/轨道结构中的行星系所发挥的作用。
2014-10-12 astro-ph.EP astro-ph.SR
Magnetic dynamos in white dwarfs -- II. Relating magnetism and pollution
我们研究了最近提出的旋转和结晶驱动发电机是否可以解释旧的金属污染的白矮星的磁性明显增加。我们发现，污染的磁性白矮星的有效温度分布是一致的，其中大多数/所有的结晶核心和增加的旋转速度预计由于吸积的行星材料，这是由金属吸收线证明。我们的结论是旋转和结晶驱动的发电机不仅提供了一个解释的强磁白矮星在密近双星中的不同出现率，但也为较弱的磁场在旧的金属污染的白矮星的高发病率。
2021-06-17 astro-ph.EP astro-ph.SR
The Turbulent Dynamo
导电流体中磁场的产生通常涉及流体湍流、旋转和场的复杂非线性相互作用。这种发电机过程在天体物理学、行星科学和天体物理学中非常重要，因为磁场在这些系统的动力学中起着关键作用。本文为流体力学工作者介绍发电机理论。它通过奠定基础，介绍发电机理论的核心方程和技术，然后提出一些简单的发电机解决方案。目前行使发电机理论家的问题，然后介绍，随着尝试取得进展。本文最后的论点，发电机理论的进展将在未来利用和推进一些目前的突破，中性流体湍流，如在过渡，自我维持的过程，湍流/平均流的相互作用，统计方法和维护和失去平衡。
2019-07-08 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
Physical conditions for Jupiter-like dynamo models
朱诺号任务将以前所未有的精度测量木星的磁场，并提供丰富的额外数据，以限制行星的内部结构和动力学。在这里，我们分析了66个数值模拟，以探索的敏感性，发电机产生的磁场的行星内部属性。度l=4场模型VIP 4和最新的内部模型的基础上从头算模拟作为基准。我们的研究结果表明，VIP 4类磁场可以找到一些不同的模型。我们发现，无论我们假设一个理想气体或使用更现实的内部模型的基础上从头计算模拟没有区别。然而，另外两个因素也很重要。较低的瑞利数导致较强的轴向偶极子贡献，而当对流驱动太强时，轴向偶极子优势消失。产生类超导体磁场所需的中间范围取决于系统的其他属性。第二个因素是对流磁雷诺数分布Rmc（r），它是非轴对称流速和电导率的乘积。我们发现，深度Rmc超过约50是一个很好的代理顶部的发电机区域。当发电机区域位于太深时，由于几何原因，轴向偶极子再次占主导地位。我们将结果外推到木星，结果表明木星发电机延伸到行星半径的95%。在我们的模拟纬向流主要是由赤道射流主要局限于分子层。当喷流向下达到较高的电导率时，它会产生第二个α-ω发电机，它会改变在行星深处产生的偶极子主导的场。这种次级发电机可以在低纬度地区产生强磁场补丁，似乎与VIP 4模型兼容。
2017-09-12 astro-ph.EP
Convective Heat Transport Asymptotic Law in an $α^2$ dynamo model
Università degli Studi di Roma Tor Vergata（罗马托尔维尔加塔大学）
本研究通过简化热驱动壳模型，揭示了磁场对对流热传递的增强作用，发现努塞尔数随湍流和雷诺数、普朗特数呈幂律关系。
2025-12-01 astro-ph.EP astro-ph.SR
A Global Simulation of the Dynamo, Zonal Jets, and Vortices on Saturn
土星内部的流体动力学产生了东西向交替的喷流、大的气旋和反气旋涡旋，以及一个以偶极为主的磁场，该磁场围绕行星旋转轴高度轴对称。以自洽的方式模拟这些特征对于理解土星内部和大气的动力学至关重要。在这里，我们报告了一个湍流的高分辨率发电机模拟在一个球壳，同时产生这些功能的第一次。一个关键的模型成分是一个长期假设的稳定分层层（SSL），夹在深金属氢层和外部低电导率分子层之间，这是由于氦在金属氢中的溶解度有限。模式在分子层中自发地产生极气旋和显著的中低纬急流活动。离赤道低纬急流部分穿透SSL并与磁场相互作用。这有助于使磁场围绕旋转轴轴对称，并将一些极向磁场转换为环向场，其表现为围绕较深发电机区域的两个全局磁能环。该模拟还模拟了土星磁能谱中第五球谐的独特下降，这是从卡西尼大结局测量中推断出来的。我们的模型突出了SSL在塑造巨行星的流体动力学和磁性特征方面的作用，例如土星。
2022-12-20 astro-ph.EP
Numerical simulations of astrophysical dynamos and applications to giant planets
ICE-CSIC（空间科学与工业研究所）
本研究通过数值模拟探讨了自激发电机在星际介质和巨行星内部的作用，分析了磁场演化及行星磁性特征。
2025-12-10 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Magnetic Dynamo Driven by Inertial Waves
Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf（德累斯顿罗森多夫亥姆霍兹中心）；Abastumani Astrophysical Observatory（阿巴斯图马尼天体物理观测台）；Aix Marseille Univ, CNRS, Centrale Marseille, IRPHE UMR 7342（艾克斯马赛大学，法国国家科学研究中心，马赛中央理工学院，IRPHE UMR 7342）；Department of Applied Mathematics, School of Mathematics, University of Leeds（利兹大学数学学院应用数学系）
研究证实惯性波湍流可驱动磁发电机，引入涡旋受控阻尼提升发电机在低Pm、低Po下的增长率，确立惯性波为行星恒星内部磁场放大的有效机制。
2026-08-07 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
Turbulent dynamo in the terrestrial magnetosheath
Space Research Institute, Austrian Academy of Sciences（奥地利科学院空间研究所）；Institute of Earth Physics and Space Science, HUN-REN（匈牙利研究与创新网络地球物理与空间科学研究所）；Department of Physics, Aberystwyth University（阿伯里斯特威斯大学物理系）；Institut für Theoretische Physik, Technische Universität Braunschweig（布伦瑞克工业大学理论物理研究所）；Max Planck Institute for Solar System Research（马克斯·普朗克太阳系研究所）；Swedish Institute of Space Physics（瑞典空间物理研究所）；Institute of Physics, University of Graz（格拉茨大学物理研究所）；Space and Plasma Physics, School of Electrical Engineering and Computer Science, KTH Royal Institute of Technology（皇家理工学院电气工程学院空间与等离子体物理）；CNR/ISTP-Istituto per la Scienza e la Tecnologia dei Plasmi（国家研究委员会等离子体科学与技术研究所）；University of Sopron（肖普朗大学）
研究发现地磁鞘层中存在湍流发电机，通过磁流体动力学机制放大磁场，为验证发电机理论提供了自然实验场。
2026-03-28 astro-ph.EP physics.plasm-ph physics.space-ph
Distribution of Europium in The Milky Way Disk; Its Connection to Planetary Habitability and The Source of The R-Process
本研究利用恒星光谱数据测量银河系盘面铕丰度散布，发现近太阳金属丰度恒星支持行星持续发电机，并揭示r-过程元素注入与α元素产生解耦，为r-过程来源提供新证据。
2025-10-07 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Eating planets makes you younger: The magnetic dynamo rejuvenation of GJ 504 by planetary engulfment
Leiden University（莱顿大学）；Université de Toulouse（图卢兹大学）；CNRS（法国国家科学研究中心）；Université de Liège（列日大学）；Istituto Nazionale di Astrofisica – Osservatorio Astronomico di Roma（意大利国家天体物理研究所罗马天文台）；University of Oslo（奥斯陆大学）；Eberhard-Karls Universität Tübingen（蒂宾根大学）
通过行星吞噬使GJ 504的磁能发电机重新焕发活力，研究发现其自转加速与磁场强度变化可能由行星吞噬引起。
2026-02-26 astro-ph.EP astro-ph.SR
Scaling laws to quantify tidal dissipation in star-planet systems
行星系在长期时间尺度上演化。推动这种演变的关键机制之一是潮汐耗散。在潮汐作用下，恒星和行星的流体层不像岩石层那样活动。事实上，它们是共振重力惯性波的场所。因此，流体中的潮汐耗散强烈地依赖于激发频率，而固体中的这种依赖性是平滑的。因此，在研究潮汐动力学时，必须考虑天体内部结构的影响。本工作的目的是提出一个本地模型的潮汐重力惯性波，使我们能够定量分析由于粘性摩擦和热扩散的内部耗散，并研究的共振频谱的耗散能量的属性。我们从这个模型中推导出的比例律表征潮汐耗散作为流体参数（旋转，分层，扩散率）的函数，并讨论它们的背景下，恒星行星系统。
2015-10-02 astro-ph.EP
Estimations and scaling laws for stellar magnetic fields
在快速旋转的湍流中（Rossby数远小于1），湍流对流的标准混合长度理论破裂，科里奥利力进入力平衡，使得磁场最终取决于旋转。本文通过简化导电流体运动的自持磁流体动力学发电机方程，借助于热对流驱动的各向同性非旋转和各向异性旋转湍流理论，对恒星慢旋和快旋磁场进行了估计，并导出了标度律。我们的标度律与观测值符合得很好。
2022-01-11 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
Systematic parameter study of dynamo bifurcations in geodynamo simulations
我们调查的性质发电机分岔的配置适用于地球的液体外核。对偶极磁场稳定域的数值研究发现了非可逆偶极主导发电机和可逆非偶极主导多极解之间的二分法。我们表明，通过考虑弱初始场，上述过渡消失，取而代之的是一个区域的双稳态。在具有自由滑动边界的模式中，地转纬向流可以发展并参与非偶极场的发电机机制，也可以观察到这种结果。我们发现，一个类似的过程中发展无滑移模型时，粘性效应充分减少。以下三个制度的区别：（一）接近对流（$Ra_c$）的发病只有最关键的对流模式（波数）存在，发电机设置在超临界和偶极占主导地位。(ii)在$3<Ra/Ra_c<Ra_c$范围内，分叉是亚临界的，并且仅存在偶极主导的发电机。(iii)$(Ra/Ra_c>10)$，纬向流的相对重要性增加与$Ra$在非磁性模型。场拓扑取决于初始磁场的大小。偶极分支具有亚临界行为，而多极分支具有超临界行为。通过接近更现实的参数，这种非线性机制的扩展增加。滞后行为质疑地磁极性倒转的一般解释。远远高于发电机阈值（通过增加磁普朗特数），洛伦兹力有助于一阶力平衡，正如行星发电机所预测的那样。当$Ra$足够高时，偶极场显著影响流速、流动结构和热量传送，无论场强如何，洛伦兹力都会降低该热量传递。
2018-02-19 astro-ph.EP physics.geo-ph
Tidally driven dynamos in a rotating sphere
由发电机效应产生的大规模行星或恒星磁场主要归因于导电流体层中浮力迫使的流动。然而，这些大规模的磁场也可能是由潮汐控制的，就像之前对$τ$ -boo、火星或早期月球的研究一样。通过模拟旋转流体的局部小块，\cite{Barker2014}最近表明，潮汐可以通过激发流体动力学不稳定性，即所谓的椭圆（或潮汐）不稳定性来驱动小规模发电机。通过对旋转球形流体进行全局磁流体动力学模拟，我们研究了这种不稳定性是否也能驱动观测到的大尺度磁场。因此，我们对发电机阈值和产生的磁场感兴趣，以测试这种机制是否与行星和恒星有关。而不是解决问题的几何形状变形的潮汐，我们考虑一个球形流体体，并添加体力来模仿潮汐变形的大部分流体。这使我们能够使用一个有效的频谱代码来解决磁流体动力学问题。我们首先比较流体动力学的结果与理论的渐近结果，并在一个真正的变形椭球，这证实了椭圆不稳定性的存在下获得的数值结果。然后，我们进行磁流体动力学模拟，并调查发电机的流量。运动学和自洽发电机最后模拟，表明椭圆不稳定性是能够产生偶极子主导的大规模磁场在全球模拟的流体旋转球。
2014-06-13 astro-ph.EP astro-ph.SR
The Influence of Central Body Tides on Catastrophic Disruptions of Close-in Planetary Satellites
本研究考虑中心天体潮汐势，提出新标度关系$Q^\star_\text{TD}$，证明潮汐可显著降低近距离卫星的灾难性碎裂阈值，并建议修改传统撞击标度律。
2025-10-07 astro-ph.EP
Convection-driven kinematic dynamos at low Rossby and magnetic Prandtl numbers: single mode solutions
发电机行动的发病范围内的一个新开发的低Rossby，低磁普朗特数，对流驱动的发电机模型进行了研究。这个多尺度模型代表了一个渐近精确形式的$α^2$平均场发电机模型，其中的小尺度对流是明确表示有限振幅，单模解。定常和振荡对流被认为是各种水平的平面形状。动力学螺旋度被观察到是一个单调递增的函数的瑞利数。因此，非常小的磁性普朗特数发电机可以找到足够大的瑞利数。所有的发电机被发现是振荡的振荡频率增加的对流的强度增加和磁普朗特数减少。动态发电机行动强烈控制的螺旋度的轮廓;单模解决方案，表现出边界层的行为在螺旋度显示发电机行动的效率降低，由于磁扩散的增强在边界层区域。对于一个给定的值的瑞利数，较低的磁普朗特数发电机被激发的情况下，振荡对流相比，稳定的对流。关于行星发电机，这些结果表明，典型的液态金属的低磁普朗特数发电机更容易驱动的热对流比成分对流。
2016-02-01 astro-ph.EP math-ph math.MP
Unlocking planetesimal magnetic field histories: a refined, versatile model for thermal evolution and dynamo generation
本文提出首个同时包含地幔对流与非共晶核心凝固的已分异星子1D热演化与发电机模型，改进黏度、对流参数化、放射性加热及浮力通量，可更可靠地重建星子磁场历史并约束陨石母体性质。
2024-10-01 astro-ph.EP
Effects of a radially varying electrical conductivity on 3D numerical dynamos
在类地行星的内核中，从液态金属到硅酸盐岩石的转变很可能伴随着外核液体成分的梯度。挥发性富集的液体合金的电导率可以显著低于在靠近内核边界处发现的轻元素贫化的流体。在本文中，我们研究的影响，径向可变的电导率行星发电机行动使用的电导率，呈指数下降的半径的函数。我们发现，连续的，径向向外递减的电导率分布的数值解的结果在强烈修改的流量和磁场动态，与均匀的电导率的解决方案相比。模拟流体顶部的力平衡决定了流动的总体特征。外边界附近的科里奥利力和洛伦兹力之间的关系控制着系统的流动和磁场强度以及形态。我们的研究结果意味着水星液态外核顶部附近的低电导率层与其弱磁场是一致的。
2010-03-19 astro-ph.EP physics.geo-ph
Inertia-less convectively-driven dynamo models in the limit of low Rossby number and large Prandtl number
成分对流被认为是行星内部产生磁场的重要能源。普朗特数，$Pr$，表征成分对流是显着大于单位，这表明，惯性力可能不是重要的对流小尺度上，只要浮力不是太强。我们建立了小罗斯贝数和大普朗特数的渐近发电机模型，其中对流尺度上没有惯性。该极限的相关扩散率参数是组成罗伯茨数，$q = D/η$，它是组成和磁扩散率的比率。发电机模型开发的一阶$q$和更相关的低$q$限制。在这两种情况下，磁能密度与动能密度之比$M$是渐近大的，反映了阿尔文波已经从动力学中滤除的事实。随着以前的调查的渐近发电机模型$Pr=O(1)$，我们的研究结果表明，比例$M$是不是一个有用的指示器的主导力量平衡的动量方程，因为许多不同的渐近极限$M$可以得到不改变主导秩序的地转平衡。此外，本模型表明，惯性不是驱动低$q$，大规模发电机的要求。
2017-02-23 astro-ph.EP physics.flu-dyn physics.geo-ph
Magnetic Field Evolution of Hot Exoplanets
本研究使用 MESA 和发电机形式论模拟热木星与热海王星内部结构，估算最大偶极磁场并分析其随年龄、轨道间距及大气质量分数等因素的演化规律。
2024-11-11 astro-ph.EP
Intense but Harmless: Exo-Space Weather Around an M Dwarf with a Single-Hemisphere Dynamo
Peking University（北京大学）；National Space Science Center, Chinese Academy of Sciences（中国科学院国家空间科学中心）；Leibniz Institute for Astrophysics Potsdam（波茨坦阿斯特拉诺伊莱布尼茨研究所）；University of Massachusetts Lowell（马萨诸塞大学洛厄尔分校）；Lockheed Martin Solar and Astrophysics Laboratory（洛克希德·马丁太阳与天体物理实验室）；University of Potsdam（波茨坦大学）；Nanjing University（南京大学）
本研究通过三维MHD模拟发现，具有单半球磁拓扑的M型矮星产生的CME对赤道系外行星的扰动远弱于此前模拟结果，或形成利于行星宜居的温和CME环境。
2026-08-12 astro-ph.EP astro-ph.SR
Scaling laws to understand tidal dissipation in fluid planetary regions and stars I - Rotation, stratification and thermal diffusivity
行星和恒星中的潮汐耗散是驱动星-行星和星-月系统演化的关键物理机制之一。在行星系中，由于它们的轨道结构及其组成部分的旋转状态，可以观察到它的一些行动特征。天体流体层内的潮汐耗散与天体的动力学和物理性质有着内在的联系。这种复杂的依赖关系必须加以描述。本文计算了在周期性潮汐力作用下，恒星/行星/月球旋转局部流体笛卡尔剖面中粘性摩擦和热扩散所耗散的潮汐动能。由扰动激发的潮汐重力惯性波的属性解析地导出为潮汐频率和局部流体参数（即旋转，表征熵分层的浮力频率，粘性和热扩散率）的周期性正常模式的显式函数。由此产生的可能是高度共振耗散频谱的系统的控制参数的灵敏度是重要的或可以忽略不计的状态图中的位置相关的行星和恒星的内部。对于由粘性摩擦和热扩散耗散的重力惯性潮汐波的渐近行为，导出了频率、数量、宽度、高度和与非共振背景的对比度的标度律，以量化这些变化。我们描述了流体行星层和恒星的内部物理和动力学对潮汐动能耗散的强烈影响。我们指出了关键的控制参数，真正发挥作用，并演示了它是如何现在有必要开发从头算建模天体中的潮汐耗散。
2015-06-25 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
Self-similarity of the dipole-multipole transition in rapidly rotating dynamos
本文通过分析快速旋转发电机中的受迫磁流体动力学波，揭示偶极-多极转变的自相似性，并据此为地球极性反转的瑞利数提供约束。
2023-09-22 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
Magnetic Fields of Extrasolar Planets: Planetary Interiors and Habitability
木星的无线电辐射与其行星尺度的磁场有关，航天器的调查显示，大多数行星和一些卫星都有或曾经有一个全球性的磁场。由内部发电机产生的磁场是限制行星内部性质的少数遥感手段之一。对于地球来说，它的磁场被推测是其可居住性的部分原因，而太阳系外行星的磁场的知识可能是评估其可居住性所必需的。木星和其他太阳系行星的无线电发射是由电子回旋脉泽产生的，探测太阳系外行星的电子回旋脉泽将能够测量太阳系外行星的磁场。这份白皮书大量借鉴了W。M.凯克空间研究所的报告《行星磁场：行星内部和可居住性》（拉齐奥、史考尼克、哈利南等人），它结合了在美国天文学会专题会议“行星可居住性的无线电探索”上讨论的主题，它补充了天体生物学科学战略白皮书“太阳系以外的生命：空间天气及其对可居住世界的影响”（Airapetian等人），它涉及到NASA天体生物学战略中讨论的行星磁场的各个方面。
2018-03-17 astro-ph.EP astro-ph.SR
Planetary Magnetic Field Control of Ion Escape from Weakly Magnetized Planets
内禀磁场一直被认为可以保护行星免受恒星风的大气侵蚀;然而，等离子体环境对大气逃逸的影响是复杂的。在这里，我们研究了一个弱的内在偶极行星磁场的等离子体环境和随后的离子逃逸从火星大小的行星在全球三维混合模拟的影响。我们发现，增加行星的磁场的强度增强离子逃逸，直到磁偶极子的对峙距离达到感生磁层边界。在这一点之后，增加行星磁场开始抑制离子逃逸。这反映了南半球对“未对准”离子拾取力的屏蔽和赤道等离子体散射对逃逸离子的捕获之间的平衡。因此，与峰值离子逃逸率相关的行星磁场严重依赖于恒星风压。在可能的情况下，我们有适合的基本参数（逃逸率，逃逸功率，极帽张开角和有效的相互作用面积）与磁场的变化规律，并评估的上限和下限的关系。
2019-07-05 astro-ph.EP
Magnetic Fields Recorded by Chondrules Formed in Nebular Shocks
最近的实验室努力（Fu等人，2014）已经限制了球粒的逆磁化和球粒在冷却到居里点以下时所暴露的磁场强度。一个突出的问题是，推断的古磁场是否代表太阳星云的背景磁场，或者是球粒形成环境所特有的。我们调查的放大磁场以上的背景值为两个建议的球粒形成机制，大规模星云冲击和行星弓冲击。在大尺度激波之后，平行于激波阵面的磁场被放大因子$\sim 10-30$，而与磁扩散率无关。因此，在这些冲击中熔化的陨石球粒可能记录了一个放大的磁场。在行星弓形激波后，磁场放大对磁扩散率敏感。我们使用流体力学模型计算了一个半径为3000公里的行星胚胎周围的弓形激波后面的气体性质，有和没有大气层。我们计算的电离状态的热，冲击气体，包括从灰尘的电子发射，和热电离的气相钾原子，和磁扩散率由于欧姆耗散和双极扩散。我们发现，扩散率是足够大的磁场已经放松到背景值的冲击下游的陨石球粒获得磁化，这些位置是足够远的行星胚胎，陨石球粒不应该记录一个显着的推定发电机场产生的这些机构。我们的结论是，如果融化在行星弓冲击，球粒可能记录的背景星云场。
2018-03-13 astro-ph.EP
Asymptotics of spherical dynamos exhibiting a small-scale MAC balance
University of Colorado Boulder（科罗拉多大学博尔德分校）；University of Leeds（利兹大学）
研究了小尺度MAC平衡的动力系统渐进行为，发现其流速标度与CIA一致，且动能谱和耗散长度尺度与Ek^{1/6}相关，表明非线性罗斯贝波在动态中起关键作用。
2026-01-29 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.geo-ph
Thermal and magnetic evolution of an Earth-like planet with a basal magma ocean
本文耦合模拟类地行星的地核、底部岩浆洋与地幔演化，评估两者热成分对流及发电机条件，发现早期可由短暂底部岩浆洋发电机过渡到地核发电机，并约束相关电导率与热导率。
2024-09-09 astro-ph.EP physics.geo-ph
Scaling laws for planetary sediment transport from DEM-RANS numerical simulations
本研究利用 DEM-RANS 模型模拟了跨七个数量级密度比的行星沉积物输运，推导出具有 $s^{1/3}$ 依赖性的停止阈值与平衡输运率标度律，并发现现有模型无法完全解释输运率的粒径依赖性。
2023-05-19 astro-ph.EP cond-mat.soft physics.ao-ph
Using planetary transits to estimate magnetic cycles lengths in Kepler stars
几十年来对各种太阳型恒星的观测表明，它们可以像我们的太阳一样有磁周期。研究它们的周期长度和自转周期之间的关系，可以揭示这些恒星的发电机机制。以前关于这种关系的研究表明，恒星可以分为活跃和不活跃的分支，太阳落在它们之间。在这项工作中，我们确定了6个活跃的太阳型恒星的开普勒望远镜观测的短磁活动周期。这里所采用的方法估计的活动，从过剩的剩余transitlight曲线。这个多余的部分是通过从光变曲线中减去无斑点的模型凌日，然后在凌日期间对所有残差进行积分来获得的。长期周期性的存在估计从分析的Lomb-Scargle周期图的完整的时间序列。最后，我们调查的旋转周期的关系，这里分析的恒星，并发现，一些活跃的恒星不遵循的行为提出了较早的，落在不活跃的分支。此外，我们还注意到，在活跃/不活跃的分支中，文献中的其他恒星也有相当大的传播。
2017-08-23 astro-ph.EP astro-ph.SR
