Helioseismic Evidence That the Solar Dynamo Originates near the Tachocline
New Jersey Institute of Technology（新泽理工学院）；NASA Ames Research Center（美国宇航局艾姆斯研究中心）
日震学研究发现太阳磁力发电机可能起源于湍流层，其旋转梯度表现出与表面磁场蝴蝶图相似的特征，支持深层磁力发电机的存在。
2026-01-06 astro-ph.SR
Helioseismic Measurements in the Solar Envelope Using Group Velocities of Surface Waves
在中等和高程度的$l$，太阳p-和f模式可以被认为是表面波。利用变分原理，我们推导出一个积分表达式的群速度的表面波的绝热本征函数，并解决的好处，使用群速度测量作为辅助诊断工具，在太阳地震学。与直接分析振荡频率相比，使用群速度的主要优点在于，群速度对近光球层中的不确定性的敏感性较小。我们解决了一些数值例子，群速度被用来揭示太阳模型和地震数据之间的不一致。此外，我们实施的群速度测量的特定的熵，氦丰度Y和重元素丰度Z的校准在绝热层的太阳对流信封的一部分，使用不同的最近版本的状态方程。结果与我们早期基于更复杂的太阳振荡频率分析的测量结果非常一致（Vorontsov等人，2013，MNRAS 430，1636）。这些结果进一步支持了最近光谱测量中太阳重元素丰度的向下修正。
2014-02-02 astro-ph.SR
Sensitivity of Helioseismic Measurements of Normal-mode Coupling to Flows and Sound-speed Perturbations
在这篇文章中，我们推导和计算的灵敏度测量的耦合正常模式的振荡在太阳底层流动。该理论是基于第一出生的微扰理论，并进行了分析，使用的形式主义所描述的\citet{lavely92}。虽然冗长，我们详细推导和计算的敏感性耦合正常模式的特定对异常的内部。事实上，这些内核是至关重要的对流振幅和大规模的环流在太阳内部的准确推断。我们解决了\citet{lavely92}推导过程中的一些不一致，并重新表述了流体连续性条件。我们还推导和计算声速内核，铺平了道路，反演热异常旁边的流量。
2017-05-23 astro-ph.SR physics.geo-ph
Helioseismic Modeling of Background Flows
我们提出了一个三维（3D）的线性化可压缩欧拉方程（GALE -全球声学线性欧拉），用于模拟整个太阳内部的声学振荡的数值求解器。控制方程在标准太阳模型S产生的背景状态下，在全球球面网格（$0 \le ϕ\le 2π$，$0 \le θ\le π$，$0 \le r \le R_{\odot}$）上以守恒形式求解。我们实现了一个有效的伪谱计算方法来计算的可压缩材料导数二分之一的内部速度扰动的贡献，计算任意三维背景速度场的振荡。这个模型提供了一个“正演模拟”方法的基础，使用日震学技术来探索内部质量流的各种制度。我们证明了本文提出的数值方法的有效性，通过再现观测到的太阳能谱，显示旋转分裂由于差分旋转，并应用当地日震学技术来测量旅行时间由一个简单的单细胞纬向环流模型。
2020-12-18 astro-ph.SR
High Resolution Helioseismic Imaging of Subsurface Structures and Flows of A Solar Active Region Observed by Hinode
我们分析了太阳活动区所观测的日震技术的Hinode CaII H线使用的时间-距离，并推断波的速度扰动结构和高空间分辨率的活动区下方的流场。一般的地下波速结构是类似于以前的SOHO/MDI观测结果。一般的地下流结构也是类似的，太阳黑子下方的向下流动和太阳黑子周围的质量环流都清晰地分辨出来。在太阳黑子下方，观测到一些有组织的辐散流胞，这些结构可能指示中尺度对流运动的存在。在太阳黑子内部的光桥附近，在下面发现了更热的等离子体，并观察到从该区域发散的流动。Hinode数据还使我们能够调查使用相速滤波器短行程所造成的潜在不确定性。比较有和没有相速滤波的测量结果，我们发现，在太阳黑子内部，平均声波旅行时间是基本一致的，但在太阳黑子本影内的滤波测量值被低估了20-40%的因素。Hinode的初始声学层析成像结果显示了利用高分辨率观测探测太阳黑子内部结构和动力学的巨大潜力。
2009-11-06 astro-ph.SR
Helioseismic Properties of Dynamo Waves in the Variation of Solar Differential Rotation
本文通过正演模拟日震频率分裂数据，证明可从太阳表面至差旋层的纬向流中识别出11年周期的发电机波信号，并在MDI、HMI和GONG观测数据中得到验证。
2024-02-23 astro-ph.SR
An improved multi-ridge fitting method for ring-diagram helioseismic analysis
内容：有一个很大的差异，目前的估计对流的强度在太阳内部使用不同的日震方法适用于观测SDO/HMI。造成这些差异的原因尚不清楚。目的：作为努力解决这种差异的一步，我们的目标是表征多脊拟合代码的环形图日震分析，用于获得流量估计从当地的太阳振荡功率谱。方法：我们更新了Greer等人开发的多脊拟合代码。（2014）来解决我们通过检查代码发现的几个问题。特别是，我们改变了优值函数，以考虑功率谱的平滑、功率谱的模型和噪声估计。我们使用蒙特卡罗模拟来生成合成数据，并通过拟合这些合成数据来表征更新代码的噪声和偏差。结果如下：除了描述功率谱中p模谐振幅度的参数之外，输出拟合参数的偏差低于可以从蒙特卡罗模拟中测量的偏差。振幅参数被低估;这是选择拟合平均功率的对数的结果。我们推迟解决这个问题，因为它是很好的理解，并不重要的测量太阳内部的流动。来自蒙特卡罗模拟的拟合参数的分散通过来自代码的正式误差估计来很好地建模。结论：我们证明了一个可靠的多脊拟合方法的环形图分析。更新后的拟合结果与原始结果之间的差异小于一个数量级，因此我们怀疑这些变化不会消除太阳内部对流振幅的上述数量级差异。
2019-11-18 astro-ph.SR
Acoustic tomography of solar convective flows and structures
本文提出了一种利用声走时资料反演对流区声速、磁场和流速三维结构的日震诊断新方法。这些数据是1991年在南极连续观测和1996年太阳和日光层观测台高分辨率观测所得的声波在太阳表面各点和周围环之间传播时间的测量值。波的传播时间主要取决于声速扰动和沿射线路径的流速。声速扰动和流动的影响可以通过测量沿相同射线路径在相反方向上传播的波的传播时间来分离。磁场导致波速的各向异性。基于费马原理和正则化最小二乘技术的三维反演方法已被应用于推断安静太阳和活动区的对流性质。
2018-06-08 astro-ph.SR
Helioseismic Investigation of Quasi-biennial Oscillation Source Regions
本文利用超过25年的日震声模频率数据，研究太阳准两年振荡的时间演化与深度分布，发现第23和24活动周QBO周期分别约为2年和3年，并指出其源区可能位于近表面以下数千公里处。
2023-11-27 astro-ph.SR
Spatial Scales and Time Variation of Solar Subsurface Convection
利用日震时间-距离技术，对太阳次光球对流的空间结构进行了谱分析。源数据来自太阳动力学观测站（SDO）上的日震和磁成像仪（HMI），时间为2010年5月至2020年9月。球谐变换应用于水平速度散度场在深度从0到19微米。流动尺度的范围是相当广泛的浅层和缩小的深度增加。水平流尺度随深度迅速增加，从超颗粒到巨胞值，表明近地面剪切层中存在大尺度对流运动。结果可以自然地解释为在不同深度间隔中局部化的不同尺度流动的叠加。在深层中，有一些倾向于出现细长的（香蕉形）对流结构。对流总功率与太阳黑子数在太阳活动周期中的变化在浅层呈负相关，在更大深度处呈正相关，这表明对流能量在磁场作用下的深度再分布。
2022-08-09 astro-ph.SR
The Puzzling Structure of Solar Convection: Window into the Dynamo
本文指出太阳发电机运行受深层对流结构不确定性制约，提出从极地观测获取长期日震数据并加强理论与观测结合研究以解决测量不一致问题。
2023-05-15 astro-ph.SR
Characterising solar surface convection using Doppler measurements
太阳动力学天文台（SDO）上的日震磁成像仪（HMI）记录了表面对流的视线多普勒图像。这些图像被用来获得多尺度对流谱。我们设计了一个流水线来处理原始图像，以去除大规模的特征，如差分旋转，双腔循环，肢体移位和成像伪影。分层等面积像素化方案（HEALPix）用于对清洁图像执行球谐变换。由于我们只能获得太阳表面一半的视线速度，我们定义了一个“混合矩阵”，将观测到的光谱和真实光谱联系起来。这使得通过混合矩阵的反演在一个单一的步骤中的极向和环形流谱的推断。通过对几个流型的反演，我们发现极向流的恢复是最可靠的。我们还发现，极向谱是定性一致的推论，从局部相关跟踪（LCT）的颗粒。垂直运动中的功率分数随波数的增加而增加，对于$\ell = 1500$，功率分数在8%的水平。与地震结果和LCT相反，流动几乎没有时间-频率依赖性。极向流功率在$\ell - |m| \approx 150-250$范围内达到峰值，这可能暗示对流的纬度偏好。
2021-05-25 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
A He3 driven instability near the fully convective boundary
我们报告的不稳定性的发现，在低质量的恒星刚刚超过阈值（$\sim 0.35 \textrm{M}_{\odot}$），他们预计将充分对流的主要序列。非平衡He3燃烧产生了一个对流核心，它是由一个小的辐射区从深对流信封分开。中心He3的稳定增加导致核心增长，直到它接触到表面对流区，这触发了我们称之为“对流接吻不稳定性”的完全对流事件。这些事件降低了中心的丰度，并导致恒星返回到一个状态，其中它有一个单独的对流核心和信封。这些周期性的事件最终停止时，氦3丰度在整个恒星是足够高的恒星是完全对流，并保持这样的其余的主序星寿命。这些事件对应于半径和光度的几个百分比的变化，在Myr到Gyr的时间尺度上。我们讨论了物理的不稳定性，以及在疏散星团和广泛的双星检测其签名的前景。激变变星中的次级恒星会穿过这个质量范围，这种不稳定性可能与观测到的这种系统在两到三小时内的稀少有关。我们证明了不稳定性可以产生CV secondaries与质量损失率的兴趣，这样的系统，并讨论了潜在的影响。
2012-01-25 astro-ph.SR
Space-time segmentation method for study of the vertical structure and evolution of solar supergranulation from data provided by local helioseismology
太阳超微粒化现象仍然是一个谜，尽管几十年的深入研究。关于超微粒化的文献大多涉及其表面性质。当地日震学提供了一个观察地表以下的机会，可以看到这个对流结构的垂直结构。我们提出了一个概念的（3+1）-D分割算法能够识别个人supergranules在序列的日震3-D流程图。作为一个例子，我们应用这种方法的国家的最先进的数据，并得出描述性的统计特性的分段超颗粒-典型的大小为20- 30微米，特征寿命为18.7小时，估计深度为15- 20微米。我们目前的三维结构和进化的超颗粒的主题上获得的初步结果。该方法具有很大的潜力，在分析更好的数据，预计从日震反演，这是正在开发。
2010-06-03 astro-ph.IM astro-ph.SR
Helioseismological determination of the subsurface spatial spectrum of solar convection: Demonstration using numerical simulations
了解对流在恒星物理学中很重要，例如作为恒星演化模型的输入。日震估计对流振幅在太阳内部较深的地区不同意的数量级之间和模拟。我们的目标是评估现有的太阳对流振幅上限的有效性，在0.96太阳半径的深度使用时距日震学和几个简化的假设。我们产生的合成观测对流场的磁流体动力学模拟（MURaM）使用走时灵敏度函数和噪声模型。我们将流量的估计值与实际值进行了比较。对于感兴趣的尺度（$\ell<100$），我们发现，目前的程序获得的上限给出了正确的顺序的流量的大小为给定的流场。我们还表明，这种估计是不是一个严格意义上的上限，因为它低估了流量振幅在最大尺度的一个因素约为2，因为尺度依赖的信噪比必须考虑。在对此进行校正并考虑傅立叶空间中测量值对方向的依赖性之后，我们证明了所获得的估计确实是上限。我们的结论是，时距日震学是能够正确地估计的数量级（或上限）的太阳对流在更深的内部时，不同的流分量的垂直关联函数是已知的，并考虑到尺度依赖的信噪比。我们建议，未来的工作应包括来自不同目标深度的信息，以更好地分离近地表流的影响，从那些在更大的深度。测量结果对所有三个流动方向都很敏感，应将其考虑在内。
2021-02-17 astro-ph.SR
The convective kissing instability in low-mass M-dwarf models: convective overshooting, semi-convection, luminosity functions, surface abundances and star cluster age dating
研究低质量M矮星对流接吻不稳定性，通过MESA模型分析对流超射与半对流对赫罗图演化轨迹及表面丰度的影响，并利用合成星群颜色-星等图重现主序间隙，提出星团年龄测定方法。
2023-09-14 astro-ph.SR
Convective boundary mixing in a post-He core burning massive star model
对流边界混合（CBM）在大质量恒星的高级演化阶段还没有得到很好的理解。对流引起的结构变化对演化以及随后的超新星有影响，或者没有影响。利用MESA恒星演化程序，研究了在$25\mathrm{M}_{\odot}$、太阳金属丰度、非旋转恒星模型的He核燃烧后的演化过程中对流驱动的对流边界混合效应. CBM的建模使用指数衰减的扩散系数方程，其中，$f_{\mathrm{cbm}}$，自由参数，系统地改变整个过程中的恒星模型的演变与值的$(0.002, 0.012, 0.022, 0.032)$。改变该参数的效果分别产生$(1.82\mathrm{M}_{\odot}, 4.36\mathrm{M}_{\odot})$、$(1.67\mathrm{M}_{\odot}, 1.99\mathrm{M}_{\odot})$和$(1.46\mathrm{M}_{\odot}, 1.70\mathrm{M}_{\odot})$的ONe、Si、Fe核心塌陷时的质量范围，与具有最小CBM的模型的百分比差异高达86.3%。在前超新星阶段，O'Connor & Ott（2011）的恒星核心的致密性表现出$(0.120, 0.354)$的范围，这表明大质量恒星高级燃烧阶段的CBM程度是对致密残余物的爆炸性和类型的重要考虑。从模型的核合成产率，最显着的C，O，Ne，Mg和Si也显着地受到CBM假设的影响，表现…
2017-11-30 astro-ph.SR
Effects of Penetrative Convection on Solar Dynamo
球形太阳能发电机模拟。采用一种新开发的基于阴阳网格的数值模拟程序，数值求解了对流层下具有稳定分层层的自洽、完全可压缩磁流体动力学系统。通过比较有无稳定层两种模型，研究了穿透对流的影响。在这两个模型中的差分旋转配置文件是合理的太阳与赤道加速度。当考虑穿透对流时，在对流区下方发展并维持一个类似于速斜的剪切层，而不需要假设任何强迫。当湍流磁场在对流运动剧烈的区域中占主导地位时，平均场分量优先在对流运动不太剧烈的区域中组织。特别是在稳定层中，具有偶极对称性的强大尺度场自发地建立起来。无论稳定层的存在与否，平均场分量的极性反转在整个系统中全局同步地发生。我们的研究结果表明，稳定分层层是组织大规模强磁场的关键组成部分，但不是必要的极性反转。
2013-09-11 astro-ph.SR
Variation of global and local flows in the solar convection zone during activity cycles 24 and 25
基于2010-2024年日震数据，研究了太阳对流区流动，发现巨细胞尺度结构呈经向拉长，流动谱功率与活动水平在浅层反相关、深层正相关，并追踪了22年纬向流周期及第25周中清晰的次生子午流。
2025-04-21 astro-ph.SR
Variation of Stellar Envelope Convection and Overshoot with Metallicity
我们研究金属丰度如何影响对流和过冲的超绝热层的主序星。我们目前的结果，从一个网格的三维辐射流体动力学模拟与四个金属丰度（$Z=0.040$，0.020，0.010，0.001），并跨越一个范围内的有效温度（$4950 < \rm T_{\rm eff} < 6230$）。我们发现，改变金属丰度改变对流气体动力学的性质，超绝热层和大气的结构。我们的模拟网格显示，超绝热性的量（它跟踪从高效对流到低效对流的转变），\rev{is sensitive to changes in metallicity. We find that increasing the metallicity forces the location of the transition region to lower densities and pressures, and results in larger mean and turbulent velocities throughout the superadiabatic region.}我们还量化了大气中对流过冲的程度，并表明它也随着金属丰度的增加而增加。
2013-02-22 astro-ph.SR
Meridional Circulation Dynamics in a Cyclic Convective Dynamo
地面观测表明，光球层中太阳纬向环流的速度与太阳活动周呈反相变化。目前对这种变化来源的解释是，流入活动区的气流改变了全球地面的纬向环流模式。当这些局部气流在整个半球上积分时，它们有助于轴对称极向水平分量的减慢。对流区深处的这种大规模流动的行为在很大程度上仍然未知。目前的日震技术还不够灵敏，无法捕捉到这种微弱的大尺度流动的动态。此外，绘制对流区内部的纬向环流所需的大量积分时间也掩盖了较短时间尺度上的一些可能的动态。在这项工作中，我们研究了从太阳对流区的3D MHD全球模拟出现的纬向环流的动力学。我们的目的是评估和量化的对流区，循环的大规模磁场可以达到相当大的强度内的对流循环的行为。我们的分析表明，纬向环流的形态和幅度都受到磁场的高度影响，通过对全球角动量分布的影响的磁转矩。由这些磁转矩引起的一个动态特征是在低对流区的中纬度出现一个突出的向上流动，该流动发生在环带的赤道边缘附近，并在周期最大值期间达到峰值。在全球范围内，发电机产生的大规模磁场驱动的纬向流的变化，在形成鲜明对比的传统的运动学通量传输观点的磁场被平流被动的流动。
2017-07-18 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.geo-ph
Differential rotation and meridional flow of Arcturus
大角星的光谱变化暗示了它的周期性活动和差异自转。这可以为目前太阳和恒星发电机的理论模型提供一个测试。要检查目前的流量传输发电机模型的适用性大角星，我们计算其内部旋转，对流气流，对流热传输的对流信封的平均场模型。然后，我们比较发电机的行动与太阳上的条件。我们发现太阳型的表面旋转与约1/10的剪切太阳表面上发现。在整个对流区中，在所有纬度上，自转速率随深度单调增加。在对流区的下部，水平切变消失，并有一个很强的径向梯度。表面纬向流的最大速度为110米/秒，在高纬度地区流向赤道，在低纬度地区流向两极。湍流磁扩散率的量级为$10^{15}$ - $10^{16} {\rm cm^2/s}$。大角星上的条件不利于环流主导的发电机。
2010-12-15 astro-ph.SR
Evolution of the magnetic field and flows of solar active regions with persistent magnetic bipoles before emergence
该研究对比42个浮现前含持续磁偶极与42个突然浮现的太阳活动区，结合日震全息术分析表面磁场和流动，揭示浮现流动特征与最大磁通量的统计关系。
2023-12-07 astro-ph.SR
Extreme value statistics for two-dimensional convective penetration in a pre-Main Sequence star
我们研究了一个年轻的低质量恒星内部深处的中央辐射区和大对流区之间形成的穿透层。使用多维恒星隐式代码（MUSIC）模拟二维可压缩恒星对流在一个球形几何形状在很长一段时间内，我们产生的统计特征的程度和影响对流渗透在这一层。我们将极值理论应用于任何时候对流渗透的最大程度。我们比较统计结果的模拟治疗非局部对流，在恒星半径的大部分，与模拟设计治疗局部对流在一个小区域周围的穿透层。对于每一种情况下，我们比较模拟不同的分辨率，有不同的速度大小。我们还比较了以恒定速率辐射能量的模拟与根据局部表面温度从恒星表面辐射能量的模拟之间的统计结果。基于穿透对流结构的频率和深度，我们观察到在对流区和稳定辐射区之间形成的两个不同的层。我们表明，在任何时候的对流渗透的最大深度的概率密度函数在空间上与内波被激发的径向位置密切对应。我们发现，最大的穿透深度可以用一个小的形状参数的威布尔分布来模拟。利用这些结果，并建立在大尺度对流运动增强扩散的定标，我们提出了一种新的形式的扩散系数，可用于一维恒星演化计算在大佩克莱数制度。这些结果应该有助于321D链接。
2017-06-15 astro-ph.SR physics.comp-ph
A flux-independent increase in outflows prior to the emergence of active regions on the Sun
本研究通过分析SDO HEARS巡天的活动区数据，发现太阳活动区浮现前表面外流散度的增长与磁通量无关，且存在残留会聚流动，相关结果得到模拟的定性支持，为理解活动区形成机制提供观测依据。
2024-07-16 astro-ph.SR
Type IIP Supernova Progenitors and their explodability I: Convective Overshoot, Blue Loops and Surface Composition
我们介绍了IIP型超新星的大质量恒星祖先的演化。我们以附近和研究良好的SN 2013 ej为例。我们探讨如何对流过冲影响恒星结构，表面丰度，大质量恒星的有效温度，使用恒星天体物理学实验模块（MESA）。特别是具有适度过冲（$f$ = 0.02至0.031）的模型显示，在核心氦燃烧阶段，赫兹-罗素图中存在蓝色环路，红色到蓝色[ $log_{10}(T_{eff}/\rm K)$从$< 3.6$到$> 4.0$ ]偏移并过渡回红色。模型的过冲超出这个范围的$f$值保持在红超巨星状态的恒星在整个后氦点火阶段。地表CNO丰度在主序后和核内氦耗尽前后均表现为富集。由于观测的不确定性很大，在目前可用的观测中，这些表面CNO丰度的演变变化是无法区分的。然而，这些观测结果可能会区分恒星不同演化阶段表面氮与氧的比例。我们还比较了对流过冲对与恒星爆炸的可能性相关的各种参数的影响，而不是坍缩成黑洞。这些参数是紧凑性参数M $_4$和$μ_4$。组合$μ_4 \times $ M $_4$和$μ_4$具有与$f$相似的变化，并且均在$f$ = 0.032处达到峰值。我们发现我们所有的13 M $_{\odot}$型号都有可能爆炸。
2019-10-03 astro-ph.HE astro-ph.SR
Mending the structural surface effect of 1D stellar structure models with non-solar metallicities based on interpolated 3D envelopes
一维恒星演化程序采用湍流对流的基本处理方法。对于具有对流包络的恒星，这会导致星震学所需的预测振荡频率出现系统误差。修补这些结构缺陷的一种方法是通过修补，即用3D模拟的平均分层替换1D模型的最外层。为了可行地实施这种方法在asteroseisic分析，插值整个预先计算的三维信封是必需的。我们提出了一种方法，插入整个预先计算的3D信封作为有效温度，表面重力和金属丰度的函数。我们进行了一系列的验证测试，证明该计划可靠，准确地再现恒星信封的结构，并将我们的方法应用到太阳以及开普勒观测到的两颗恒星。我们parameterized的频率偏移，结果从修补和功能的形式是进化相关的。此外，我们发现，忽略模式的影响，如非绝热能量，介绍了系统误差在asteroseimically获得的恒星参数。这两个结果表明，一个谨慎的方法是必要的，当利用经验表面修正代替修补模型。我们的研究结果具有重要意义，特别是对于表征系外行星系统，其中精度是最重要的。
2019-02-12 astro-ph.SR
