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
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
The solar abundance problem: the effect of the turbulent kinetic flux on the solar envelope model
最近的三维模拟表明,湍流动力学通量(TKF)是显着的。我们讨论了TKF对对流区大小的影响,发现TKF可能有助于解决太阳丰度问题。太阳丰度问题是,随着新的丰度,太阳对流区深度、辐射内部的声速、对流包层中的氦丰度和密度与日震反演不一致。为了检验TKF廓线对太阳对流包络模式的影响,我们对不同廓线的太阳对流包络模式进行了蒙特卡罗模拟。AGSS 09组成的标准太阳对流包层模式在密度上与日震逆温存在显著差异($\rm{\sim 10 %}$),而旧组成GN93的模式在密度上差异较小($\rm{\sim 0.5 %}$)。在采用不同TKF的试验模型中,发现对流层底部的密度廓线对TKF值敏感,对流层底部的密度廓线对TKF结构不敏感。底部湍流动力学光度的要求值约为$\rm{-13%\sim-19%L_{\odot}}$。与3D模拟相比,该值是合理的。本研究仅针对太阳对流层。为了研究TKF对对流层以下太阳内部结构的影响以及整个太阳丰度问题,需要使用TKF的演化太阳模型,但需要TKF在过冲区的廓线。
2014-04-19 astro-ph.SR
Testing a non-local 1-equation turbulent convection model: A solar model
本研究测试1方程Kuhfuss湍流对流模型在太阳对流包层中的适用性,发现其因非局部效应高估对流穿透而表现不佳,需采用3方程版本改进建模。
2024-07-04 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
Turbulence in the sub-Alfvénic solar wind driven by reflection of low-frequency Alfvén waves
我们研究的形成和演变的湍流光谱的阿尔文波驱动的反射关闭的太阳风密度梯度,从日冕底部到17个太阳半径,远远超过阿尔文临界点。对背景太阳风进行了赋值,并采用二维壳层模型来描述非线性相互作用。我们发现湍流谱受反射波性质的影响。靠近底部,这些分别产生出射波和反射波的更平坦和更陡峭的光谱。在更高的日心距离,两个光谱演变的渐近Kolmogorov谱。湍流耗散被发现占至少一半的加热需要维持的背景强加的太阳风和它的形状被发现是由反射确定的湍流加热低于1.5太阳半径。因此,反射和反射驱动的湍流被证明在快速太阳风的加速和在日光层中0.3 AU处发现的湍流光谱的起源中起着关键作用。
2009-05-15 astro-ph.SR
Turbulent density fluctuations and proton heating rate in the solar wind from 9-20~R_{\odot}
我们在2016年6月和2017年6月通过内部太阳风时获得了80 MHz的蟹状星云的散射加宽图像。这些图像是各向异性的,长轴方向垂直于径向向外的冠状磁场。利用这些数据,我们推断出太阳风中湍流密度起伏引起的密度调制指数(δN_e/N_e)在1.9 ~ 7.7 \times 10 ^{-3}之间,介于9-20 R_{\odot}之间。我们还发现在这些距离上太阳风质子的加热率在2.2 \times 10^{-13}到1.0 \times 10^{-11} ~erg~cm^{-3}~s^{-1}之间。有两次,视线拦截了日冕流光。我们发现,流光的存在下,散射屏幕的厚度大约增加了一倍。
2017-10-17 astro-ph.SR
Cross helicity and turbulent magnetic diffusivity in the solar convection zone
在密度分层的湍流介质中,交叉螺旋度<u '. B'>被认为是速度涨落与大尺度磁场相互作用的结果。通过准线性理论和数值模拟,我们发现交叉螺旋度和平均垂直磁场是反相关的。在高导极限下,螺旋度与平均磁场之比等于磁涡扩散率与(已知)密度标度高度之比。该结果可用于预测太阳表面的交叉螺旋度超过1高斯km/s。其符号与径向平均磁场的符号反相关。或者,我们可以使用我们的结果来确定的湍流磁扩散率的值从观测的交叉螺旋度。
2010-11-24 astro-ph.SR
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
Turbulent eddy-time-correlation in the solar convective zone
类太阳振荡驱动过程的理论模拟是理解太阳型恒星对流区性质的一个有力途径。在这个框架中,湍流涡旋之间的时间相关性的描述是模式振幅的一个重要组成部分。然而,在涡旋时间关联函数的高斯或洛伦兹描述之间存在争论(Samadi et al. 2003,Chaplin et al. 2005)。事实上,高斯描述再现了太阳模式振幅的低频形状,但从理论角度来看并不令人满意(Houdek,2009),并导致与观测结果的其他分歧(Samadi等人,2007年)。这些都是通过使用洛伦兹描述解决的,但是太阳观测的低频形状没有正确地再现。我们调和这两种描述,通过采用扫描近似,其中包括在假设的涡时间关联函数是由平流的涡,在惯性范围内,由能量轴承涡为主。使用洛伦兹函数以及从扫描假设导出的截止频率,使我们能够再现观测的低频形状。这一结果也证实了太阳情况下高度湍流的扫掠假设。
2010-10-13 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
Anisotropic Turbulent Flows Observed in Above the Loop-top Regions During Solar Flares
本文利用正视视角窄带EUV图像和流动追踪算法,首次定量揭示太阳耀斑ALT区域湍流的各向异性及其高度分布,支持Rayleigh-Taylor型不稳定性机制。
2025-03-18 astro-ph.SR
Some Turbulent Predictions for Parker Solar Probe
从太阳光球层到外日球层,太阳等离子体的性质在很宽的时间和空间尺度上波动。事实上,从大尺度到小尺度的能量湍流级联是加热日冕和加速太阳风的一个经常被引用的解释。美国宇航局的帕克太阳探测器(PSP)预计将彻底改变我们对日冕加热和磁流体动力学(MHD)湍流的理解,通过比任何其他先前的太空任务更接近太阳进行原位采样。本研究报告提出了MHD湍流某些特性的理论预测(例如,空间飞行器帧功率谱和方差各向异性)的区域进行探索的PSP。这些结果来自于先前发表的耦合Alfvenic和快速模式湍流的快速太阳风的半经验模型。这篇研究报告的主要原因是为了说明从现有的理论模型中提取关于可测量量的有用预测是多么简单,这些可测量量在最初创建模型时甚至没有考虑过。例如,方差各向异性可能是区分日冕加热和太阳风加速的不同理论模型的重要量。
2018-08-28 astro-ph.SR
Particle Acceleration and Heating in a Turbulent Solar Corona
湍流、磁重联和冲击可以出现在爆炸性不稳定的等离子体中,形成一个新的电磁环境,我们在这里称之为湍流重联,并在那里自发形成电流片。我们将证明粒子的加热和加速是随机(二阶费米)和系统(一阶费米)加速充分发展的湍流内的协同作用的结果。太阳大气与湍流驱动器(对流区)磁耦合,因此太阳大气中湍流重联的出现是外部驱动的。湍流重联一旦在日冕中建立,就会驱动日冕加热和粒子加速。
2018-08-21 astro-ph.HE astro-ph.SR
Are Solar Active Regions with Major Flares More Fractal, Multifractal, or Turbulent than Others?
最近对太阳磁场测量的多项调查提出,从所研究的磁图中推断出的无标度(分形)或多标度(多重分形)参数可能有助于评估太阳活动区的爆发潜力,甚至可能有助于预测这些地区的主要耀斑活动。本文利用370个活动区磁图时间序列的综合数据集,对三个广泛使用的无标度和多标度参数,即分维、多重分形结构函数及其惯性范围指数和湍流功率谱及其幂律指数进行了检验这是SOHO的迈克尔逊多普勒成像仪(MDI)在整个太阳活动周期23期间观测到的(总共17,733张磁图)。我们发现,耀斑和非耀斑活动区表现出显着的分形,多重分形,和非Kolmogorov湍流,但没有三个测试参数管理,以区分活动区与耀斑安静的主要耀斑。我们还发现,多尺度参数,而不是无标度分形维数,敏感地依赖于空间分辨率,也许是所研究的磁图的观测特性。扩展以前的工作,我们归因于耀斑预测的分形和多重分形参数的能力,i)一个广泛的多尺度复杂性所造成的一个可能的潜在的自组织在湍流的太阳磁结构,耀斑和非耀斑一样,和ii)缺乏相关性的光球和覆盖层的分形特性,太阳爆发发生。然而,有用的了解太阳磁性,因此,无标度和多尺度的措施可能不是最佳的工具,活动区的特征,在喷发能力,或最终,为主要的太阳耀斑预测。
2011-01-03 astro-ph.SR
Constraining turbulent solar flare acceleration regions by connecting kinetic modeling and X-ray observations
University of Minnesota(明尼苏达大学);Northumbria University(诺森比亚大学);University of Graz(格拉茨大学);University of Glasgow(格拉斯哥大学)
通过结合动能建模和X射线观测,研究太阳耀斑中湍流对电子加速的影响,确定加速区域和时间尺度。
2026-03-06 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 magnetic energy spectrum and the cancellation function of solar photospheric magnetic fields
本文通过一系列蒙特卡罗模拟,检验了在某些限制性假设下,太阳光球湍流磁场的磁能谱指数α与磁通量抵消指数κ之间的一个简单的解析关系式α = 2 κ -1,并将其推广到其有效范围之外。在这些数值测试中,通过叠加具有遵循幂律谱的振幅的磁场分布的离散傅立叶模式集并测量这些模拟磁图上的抵消函数,在1D和2D中构造人工“磁图”。我们的结果证实了解析关系式的正确性,并将其推广到α < -1区域,其中κ -> 0为α -> -无穷大.观测得到的κ的上限为0.38,这意味着在颗粒尺寸范围内α < -0.24,这显然与在惯性范围内驱动的小尺度发电机不一致。
2014-04-07 astro-ph.SR
Turbulent Properties of Interplanetary Coronal Mass Ejections Observed by Solar Orbiter in the Inner Heliosphere
Aryabhatta Research Institute of Observational Sciences(阿亚巴塔观测科学研究所);Department of Applied Physics, Mahatma Jyotiba Phule Rohilkhand University(马哈特马·乔蒂巴·普勒罗希尔坎德大学应用物理系);Department of Physics, Indian Institute of Technology Kanpur(坎普尔印度理工学院物理系);Indian Institute of Space Science and technology(印度空间科学与技术研究所);Indian Institute of Astrophysics(印度天体物理研究所);Center of Excellence in Space Sciences India, IISER Kolkata(印度空间科学卓越中心,加尔各答印度科学教育研究所)
太阳轨道器观测揭示ICMEs在太阳风中表现出更平衡的阿尔芬波动,其频谱特征与太阳风不同,表明ICMEs具有独特的湍流特性。
2026-01-11 astro-ph.SR
Hot prominence spicules launched from turbulent cool solar prominences
太阳灯丝是一种致密的冷凝结物,由稀薄的热日冕中的磁场支撑并隔热。它的演化和稳定性,导致爆发或消失,取决于它与周围的热日冕通过一个薄的过渡区,在那里温度急剧上升的耦合。然而,这个过渡区的加热和动力学仍然难以捉摸。我们报告的极端紫外线观测静止的灯丝从太阳动力学天文台,揭示突出针状物传播通过过渡区的日冕系统。这些细针状射流特征通过长丝中材料的湍流运动产生并加热到至少0.7 MK。我们认为日珥针状体不断地将加热的物质引导到日冕中,并有助于丝状体的蒸发和衰变。我们的研究结果揭示了在太阳和星际介质中经常观察到的磁化凝聚中的磁致加热。
2019-07-03 astro-ph.SR
Temperature and Differential Emission Measure Profiles in Turbulent Solar Active Region Loops
我们研究的温度结构的静态日冕活动区循环的制度,热传导运输是由库仑碰撞,湍流散射,或两者的组合。(In最后一种情况是碰撞散射在温度低而密度高的环中的较低水平处主导热传输,而湍流散射在较高温度/较低密度处主导热传输。温度分布和相应的差分排放测量分布的计算和比较的意见,和早期的缩放关系的环路顶点温度和体积加热速率的环路长度和压力的规律进行了重新审视。结果显示非常实质性的变化,相比完全碰撞为主的情况下,无论是环路标度律和温度/密度分布沿环路。他们还表明,众所周知的过量的差分发射测量在相对较低的温度在环路中可能是由平坦的温度梯度的结果(因此,在指定的温度范围内增加的材料量),这是由于在环路的上部区域的湍流散射的优势。
2022-10-03 astro-ph.SR
Helicity-vorticity turbulent pumping of magnetic fields in solar convection zone
本文研究了太阳对流区螺旋对流运动和差异旋转相互作用引起的大尺度磁场湍流漂移效应。漂移的主要方向对应于大尺度涡度矢量的方向。因此,这种效应在对流区产生大尺度磁场的纬向传输,只要角速度具有强径向梯度。漂移的方向取决于螺旋度的符号,它由帕克-吉村规则定义。在平均场磁流体力学的框架内,使用最小τ-近似的解析计算。我们估计的漂移速度的大小,并发现它可以是几米/秒的太阳对流区的底部附近。这种效果的太阳能发电机的影响的基础上说明的轴对称平均场发电机模型与地下剪切层。我们发现螺旋度-涡度泵效应可以对太阳黑子时间-纬度图的特征产生影响,在周期的上升阶段产生太阳黑子活动最大值的快速漂移,在周期的衰减阶段产生缓慢漂移。
2012-05-27 astro-ph.SR
Turbulent magnetic fields in the quiet Sun: A search for cyclic variations
湍流的磁场充满了太阳大气的大部分体积。然而,它们的空间和时间变化仍然未知。自2007年以来,在当前的太阳极小期,我们定期监测太阳光谱中的几个波长区域,以寻找安静太阳中湍流磁场的变化。这些低于分辨率极限的场可以通过Hanle效应来检测,Hanle效应在磁场存在的情况下影响散射偏振特征(Q/I)。我们提出了一个描述我们的计划和第一个结果表明,这样的天气计划是补充日常SOHO磁图监测小规模磁场。
2010-03-22 astro-ph.SR
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
The Solar Wind Energy Flux
在黄道附近测得的太阳风能量通量与太阳风的速度无关。使用等离子体数据从太阳神,太阳风,风覆盖了大范围的纬度和时间,我们表明,太阳风能量通量是独立的太阳风的速度和纬度在10%以内,这个量在太阳周期变化很弱。换句话说,能量通量表现为全球太阳常数。我们还表明,非常高速的太阳风(VSW > 700 km/s)与较慢的风(VSW < 700 km/s)具有相同的平均能量通量,但具有不同的直方图。我们利用这个结果来推导太阳风速度和密度之间的关系,这正式这些量之间的反相关。
2012-03-06 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
Turbulent transport of radiation in the solar convective zone
本文研究了太阳对流区辐射的湍流输送。导出了辐射强度的平均场方程。结果表明,由于湍流的影响,辐射的有效穿透长度可以增加几倍的辐射的平均穿透长度(定义为一个反平均吸收系数)相比。利用基于混合长度理论的太阳对流区模型(其中平均辐射穿透长度通常远小于湍流相关长度),证明了在太阳表面附近,有效穿透长度与平均辐射穿透长度之比增加了2.5倍。主要原因是压缩效应,在太阳表面附近变得重要,其中温度和密度波动朝着太阳表面增加,增强辐射吸收系数的波动并增加辐射的有效穿透长度。
2021-09-08 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Turbulent viscosity in line-driven stellar winds
Universidad Técnica Federico Santa María(费德里科·圣玛丽亚理工大学);Universidad de Valparaíso(瓦尔帕莱索大学);Universidad Mayor(市长大学);CONICET(国家科学技术研究委员会);Universidad Nacional de La Plata(拉普拉塔国立大学);Instituto de Astrofísica de La Plata(拉普拉塔天体物理研究所)
本研究在旋转B超巨星线驱动风中引入应变限制湍流黏性,发现其作为径向制动项显著降低终速和质量损失率,但保持辐射驱动与平流主导的角动量输运。
2026-10-08 astro-ph.SR
2D solar wind speeds from 6 to 26 solar radii in solar cycle 24 by using Fourier filtering
太阳附近太阳风速度的测量对于理解太阳风的加速机制具有重要意义。在这项研究中,我们确定2D太阳风速度从6到26太阳半径应用傅立叶运动滤波器的\textit{SOHO} /LASCO C3电影从1999年到2010年观察。我们的方法成功地再现了人工生成的数据以及流光斑点的原始流速。我们测量了从1天到1年时间尺度的二维太阳风速度及其在第24个太阳活动周的变化。我们发现,太阳风的速度在时间尺度上超过一个月的太阳极大期是相对均匀的方位角方向,而他们显然是双峰的最低时期,预期从\textit{Ulysses}的观测和IPS重建。双峰结构出现在2006年左右,在2009年变得最明显,并在2010年突然消失。太阳风速度的径向演化类似于帕克的太阳风解。
2018-06-22 astro-ph.SR
Matching temporal signatures of solar features to their corresponding solar wind outflows
小规模日冕喷发现象在太阳风的产生和加热中的作用仍然是一个悬而未决的问题。在这里,我们调查所发挥的作用,日冕射流形成的太阳风通过测试是否与喷射在EUV强度的时间变化可以确定在外流的太阳风等离子体。这种类型的比较是具有挑战性的,由于源的遥感观测和流出等离子体的现场观测之间的固有差异,以及整个日光层的太阳风的传播时间和演变。为了克服这些问题,我们提出了一种新的算法相结合的信号滤波,两步太阳风弹道反映射,窗口移动,经验模态分解。我们首先使用合成数据验证该方法,然后将其应用于太阳动力学天文台和风航天器的测量。该算法使得能够直接比较日冕喷发现象的遥感观测与现场测量的太阳风参数,以及其他潜在用途。应用这些数据集后,我们发现几个时间窗口,在日冕中发现的动态签名嵌入在太阳风流,在一个时间明显早于预期从简单的弹道映射,最好的表现在原位参数是太阳风质量通量。
2021-03-16 astro-ph.SR
Menura: a code for simulating the interaction between a turbulent solar wind and solar system bodies
尽管行星科学和等离子体物理之间有着密切的关系,但很少有先进的数值工具能够将这两个主题联系起来。代码Menura提出了对这些重叠领域的自洽建模的突破,在一个新的两步的方法,允许一个完全湍流的太阳风和太阳系的各种机构之间的相互作用的全球模拟。本文介绍了新的代码和它的两步全局算法,通过第一个例子:湍流太阳风和彗星之间的相互作用进行说明。
2021-08-27 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.comp-ph
Wavelet Analysis on Solar Wind Parameters and Geomagnetic Indices
太阳作为振荡器产生的频率在日光层中传播,通过太阳风到达地球磁层。我们在近地球太阳等离子体参数和过去四个太阳周期的地磁指数中搜索这些频率。在这项工作中使用的太阳风参数是行星际磁场,等离子体β,阿尔芬马赫数,太阳风速度,等离子体温度,等离子体压力,等离子体密度和地磁指数DST,AE,Ap和Kp。我们发现太阳风的各个参数都具有一定的周期性,并且在每个周期内都有区别。我们的研究结果表明,间歇性周期在我们的数据,其中一些共享之间的太阳风参数和地磁指数。
2012-05-10 astro-ph.SR
Time-Dependent Turbulent Heating of Open Flux Tubes in the Chromosphere, Corona, and Solar Wind
我们研究了与太阳风相连的日冕开放场区域中等离子体加热的几个关键问题。我们提出了三个典型的开放磁场结构的阿尔芬波驱动的湍流模型的结果:一个极冕洞,一个开放的通量管附近的赤道流光,和一个开放的通量管附近的强场活动区。我们比较了时间稳定的一维湍流加热模型(Cranmer等人,2007)与BRAID的完全时间相关的三维简化磁流体动力学建模(van Ballegoijen等人,2011年)。我们发现,时间定常的结果符合良好的时间平均结果从BRAID。时间依赖性使我们能够调查的变化的磁场波动和加热的日冕。波动功率谱的高频尾部形成指数随高度变化的幂律,我们讨论了这种行为的可能的物理解释。加热速率的变化性本质上是突发性的和纳米级的,我们分析了在整个模拟过程中通过瞬态事件中的耗散加热损失的能量。这些事件的平均能量为10^21.91尔格,在“皮耀斑”范围内,许多事件达到经典的“纳耀斑”能量。我们还估计了多热分布的温度,将导致从加热速率的变化,并发现良好的协议与观测到的宽度日冕差分发射测量(DEM)分布。本文提出的模拟结果提供了令人信服的证据表明,湍流加热在太阳大气中的阿尔芬波加速太阳风在开放的通量管。
2015-09-01 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
Effects of Radiative Diffusion on Thin Flux Tubes in Turbulent Solar-like Convection
我们研究了对流和辐射扩散对太阳内部薄磁通量管演化的综合影响。辐射扩散是在较低的对流区对流运动的热量的主要供应商,它导致在每单位体积的磁通量管的热输入,已被忽略了许多以前的薄通量管的研究。我们使用一个薄的通量管模型,该模型受到来自旋转的湍流球壳的对流的影响,如Weber,Fan和Miesch(2011,Astrophys. J.,741,11; 2013,Solar Phys.,287,239),现在考虑到辐射加热对大规模活动区通量管的影响。我们的模拟结果表明,小于或等于60公斤的通量管受到类太阳对流不锚定在过冲区域,而是向上漂移,由于增加浮力的通量管早期在其演变的结果,包括辐射扩散。磁场强度范围为15 kG至100 kG的磁通管的上升时间小于或等于0.2年,并呈现出乔伊定律倾角趋势。我们的研究结果表明,辐射加热是一种有效的机制,通过这种机制,通量管可以逃离稳定分层的过冲区域,并且通量管不一定需要锚定在过冲区域产生类似于太阳上的活动区域的涌现特性。
2015-03-27 astro-ph.SR
Heliolatitude and time variations of solar wind structure from in situ measurements and interplanetary scintillation observations
太阳风的三维结构及其随时间的演化是日光层建模和高能中性原子观测解释所必需的。我们提出了一个模型来检索太阳风结构的日纬度和时间,使用所有可用的和互补的数据源。我们确定了太阳风速度的日纬度结构的年时间网格上的过去1.5个太阳活动周的基础上,遥感观测的行星际赤纬,在现场外的黄道测量从OMNI-2数据库,并在现场黄道测量。由于黄道外太阳风密度结构的现场信息只能从行星际闪烁观测中获得,因此本文推导了太阳风速度与密度的相关公式,并利用行星际闪烁观测中的太阳风速度信息反演了太阳风密度的三维结构。利用太阳风密度和速度随时间的变化以及太阳纬度,在稳态H原子近似下,计算了太阳风通量、动压和电荷交换率的变化。
2012-04-04 astro-ph.SR
A new method to estimate annual solar wind parameters and contributions of different solar wind structures to geomagnetic activity
本文用主成分分析和独立成分分析方法研究了26个台站的两组地磁局部指数。我们证明,每年平均指数可以准确地表示为线性组合的两个第一个组件的权重系统地依赖于纬度。结果表明,日冕物质抛射(CME)和高速流(HSS)对地磁活动的贡献与第一次和第二次IC密切相关。第一个和第二个IC也被发现是非常高度相关的行星际磁场(IMF)的强度和太阳风的速度,分别,因为太阳风速度是最重要的参数驱动地磁活动在HSS期间,而IMF强度占主导地位的CME期间。这些结果有助于更好地理解地磁活动的长期驱动,并获得有关太阳风参数和不同太阳风结构的长期演变的信息。
2015-01-15 astro-ph.SR
Clustering Wind data at 1 AU to contextualize magnetic reconnection in the solar wind
研究利用SOM和K-Means对1 AU处Wind航天器太阳风数据进行聚类,发现磁重联事件分布在五种物理特征不同的太阳风中,为理解其发生条件提供了背景。
2025-08-07 astro-ph.SR
Solar cycle variation of coronal mass ejections contribution to solar wind mass flux
日冕物质抛射(CME)对日球层太阳风的扰动有贡献。因此,CME对地球附近太阳风参数的贡献随太阳活动周期的不同阶段和CME发生的速率而变化。在本研究中,我们研究了CME的长期发生率,它们的速度,角宽度和质量。我们试图找到近太阳参数之间的相关性,确定使用白光图像从日冕仪,与太阳风测量地球附近的现场仪器。重要的是,我们试图找到在太阳活动周期的不同阶段,地球附近的平均太阳风质量中有多少是由日冕物质抛射提供的。
2018-05-19 astro-ph.SR
Science with an ngVLA: Observations of the Solar Wind
ngVLA有可能在表征外日冕的性质以及太阳风进入内日球层的加热和加速方面发挥重要作用。特别是,使用遥远的背景源透射的前景日冕和太阳风,各种无线电传播现象可以用来映射等离子体的性能作为整个太阳周期的太阳伸长率和位置角的函数。这些包括角展宽、行星际倾斜和法拉第旋转微分,它们可以用来绘制太阳风的速度,确定太阳风湍流的性质,并限制太阳风的磁场。这些观测将提供太阳风的全球特征,这将与各种航天器进行的实地观测高度互补。此外,这类观测可用于探测太阳风中可能影响近地环境的扰动,例如日冕物质抛射。
2018-10-15 astro-ph.SR
ACE SWICS observations of solar cycle variations of the solar wind
在目前的工作中,我们利用ACE/SWICS现场测量的ICME外的太阳风的属性,以确定是否,以及在何种程度上是太阳风属性受太阳周期的影响。我们专注于质子温度和密度,离子温度和速度差,电荷态分布和相对和绝对元素丰度。我们进行这项工作,将风分为速度箱,以研究不同速度的风如何对太阳活动周期作出反应。我们也重复这项研究,如果可能的话,SWICS测量受库仑碰撞的影响较小的子集。我们发现,除了差速(我们没有足够的测量值)之外,所有风的特性都随着太阳周期的变化而变化。我们的研究结果指向的情况下,慢和快的太阳风被波加速,但来自不同的来源(开放/封闭的磁结构的快/慢风,分别),其相对贡献的变化沿太阳周期。我们还发现,一边的加热和加速的签名,和FIP效应的另一边,表明基于波的等离子体加热,加速和分馏保持活跃的整个太阳周期,但降低其有效性在所有的风,虽然慢风的影响比快的。
2022-01-14 astro-ph.SR
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
Constraining the amplitude of turbulence in solar corona using observations of angular broadening of radio sources
通过具有湍流密度不规则性的介质观测到的致密射电源的角展宽通常使用相结构函数来估计。我们采用了一个精确的配方的相位结构函数,有助于获得一个准确的估计角展宽时,基线长度是可比的湍流光谱的内部规模。
2014-06-20 astro-ph.SR
The solar wind from a stellar perspective: how do low-resolution data impact the determination of wind properties?
阿尔文波驱动的3D磁流体动力学(MHD)模型越来越多地用于预测恒星风的性质,它包含无约束的参数,并依赖于低分辨率的恒星磁图。我们探讨了输入阿尔文波能量通量和表面磁图对阿尔文波太阳模型(AWSoM)预测的风特性的影响。利用球谐分解方法降低了太阳周极大期和极小期两个太阳磁图的分辨率。阿尔芬波的能量是根据太阳双星18 Sco的远紫外光谱确定的非热速度而改变的。此外,低分辨率磁图的三个太阳类似物获得使用塞曼多普勒成像(ZDI)。最后,模拟的风特性进行了比较,高级成分探测器(ACE)的观测。AWSoM模拟使用从太阳观测中得到的良好约束的输入参数,可以再现观测到的太阳风质量和角动量损失率。磁图的分辨率对风场的影响很小,且仅在周期极大值期间。然而,阿尔文波能量的变化会影响风的特性,而与太阳活动周期水平无关。此外,使用三颗恒星的低分辨率磁迹图而不是太阳磁迹图进行太阳风模拟,可能导致模拟的风特性有一个数量级的差异。与磁图分辨率相比,Alfvén能量的选择对风力输出的影响更大。对于那些输入边界条件不像太阳那样受约束的恒星,这种影响可能会更大。毫不奇怪,用恒星磁场图代替太阳磁场图可能会导致完全不准确的太阳风特性,在太阳风和恒星风模拟中应该避免。
2020-02-24 astro-ph.SR
The Complex Structure of Magnetic Field Discontinuities in the Turbulent Solar Wind
使用高分辨率的星团卫星观测,我们表明,湍流太阳风是由不同尺度的磁不连续性,从质子到电子尺度。这些层的结构类似于等离子体中的Harris平衡分布。使用一个多维的不透明度技术,我们表明,这些结构是通过规模连接。支持的磁重联的数值模拟,我们表明,观察是一致的情况下,许多电流层发展的湍流,这些重联事件的流出的特点是复杂的次质子网络的二级岛屿,在自相似的方式。目前的工作建立了“湍流重联”和“湍流重联”的图片,分别援引为无处不在,共存于空间等离子体。
2015-11-10 astro-ph.SR physics.space-ph
Solar wind magnetic turbulence: Inferences from spectral shape
从理论上解释了太阳风湍流谱斜率的理论、数值和观测测定之间的某些差异。在太阳风磁湍流和磁流体动力学模拟中湍流Kolmogorov斜率的计算显示出微小的差异。这些被用来推断熵产生的湍流级联和推断的异常湍流碰撞频率的耗散范围内,以及平均能量输入太阳风湍流。获得了v < 200 Hz量级的异常湍流碰撞频率。相应的固定太阳风磁能输入到磁湍流中的Kolmogorov惯性范围内得到的数量级为50 eV/s。讨论了它的热命运。
2016-02-27 astro-ph.SR physics.space-ph
Revisiting turbulent properties of solar convection with 3D radiative hydrodynamic modeling
本文利用45度纬度的三维辐射流体动力学模型研究太阳对流区湍流特性,发现子午流、薄层和较差自转的自发形成,并揭示了湍流特征尺度随深度的复杂变化及对流模式的定性转变。
2025-02-03 astro-ph.SR physics.space-ph
Turbulent convection as a significant hidden provider of magnetic helicity in solar eruptions
本文通过深对流区磁通量浮现的数值模拟,揭示湍流对流可使无扭缠磁通量稳定到达太阳表面形成黑子,并通过湍流扭缠注入可观磁螺度,从而为太阳耀斑爆发提供隐藏的螺度来源。
2023-05-30 astro-ph.SR physics.space-ph
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
Characterization of the Turbulent Magnetic Integral Length in the Solar Wind: From 0.3 to 5 Astronomical Units
太阳风是一个结构化的复杂系统,其场在大范围的时空尺度上变化剧烈。例如,风中的湍流活动会影响积分湍流尺度或相关长度[λ]在日光层中的演变,通常与将惯性范围与注入范围分开的惯性能谱中的断点有关。磁场的这种巨大变化要求对太阳风进行统计描述。在这项工作中,我们研究的概率分布函数(PDF)的磁自相关长度观测到的太阳风在不同的距离,从太阳。我们使用来自Helios,ACE和ESTA航天器的观测结果。我们区分了通常的太阳风和它的一个瞬态分量(行星际日冕物质抛射,ICMEs),并研究了具有低和高质子β [β p ]的太阳风样本。我们发现,在最后3个制度的PDF的λ是一个对数正态函数,符合乘法和非线性过程中发生的太阳风,初始λ(Alfvénic点之前)是较大的ICME。
2014-04-10 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Onset of turbulent fast magnetic reconnection observed in the solar atmosphere
从伽马射线暴到太阳耀斑,快速的磁重联为整个宇宙的爆炸事件提供了动力。尽管它的重要性,天体物理快速重联的开始是激烈辩论的主题,仍然是等离子体物理的一个悬而未决的问题。在这里,我们报告的两个重连驱动的太阳微耀斑的高节奏观测得到的\textit{Interface Region Imaging Spectrograph},显示持续的湍流前耀斑。这些流动的速度与最初的局部声速相当,这表明在高度湍流的等离子体环境中发生了快速重连。我们的结果是在密切的定量协议与理论的磁驱动的重联,以及与数值模拟,其中快速磁重联诱导湍流。
2020-02-06 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Simulating radially outward winds within a turbulent gas clump
通过使用粒子程序Gadget2,我们跟踪了气体团簇的演化过程,在这个过程中,气体团簇最初会产生引力坍缩。代表气体团的颗粒最初具有根据在64个$^3$网格元素的傅立叶空间中建立的湍流谱的速度。在团块演化的早期阶段,一组代表风的气体粒子突然从团块中心向外移动。我们认为只有两种风,即:一个球对称和第二个是一个双极准直射流。为了评估由于与风的相互作用而导致的团块的动态变化,我们显示了所有模拟的等速度和等密度图。
2016-03-29 astro-ph.GA astro-ph.SR
Turbulent small-scale dynamo action in solar surface simulations
我们证明了磁对流模拟纳入基本的物理过程,太阳表面对流表现出湍流小尺度发电机的行动。通过推导可压缩磁流体动力学(MHD)的能量平衡方程和传递函数,我们量化的磁能的来源上的规模按规模的基础上。我们排除了两种替代机制的产生小尺度磁场的模拟:纠缠的磁场线与湍流级联和阿尔芬化的小尺度速度波动(“湍流感应”)。相反,我们发现小尺度磁能的主要来源是小尺度磁场线的惯性范围流体运动对抗磁张力产生(对抗欧姆耗散)更小尺度的磁场。所涉及的尺度随着雷诺数的增加而变小,这表明发电机是一个小尺度湍流发电机。
2010-04-16 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Alfven Wave Reflection and Turbulent Heating in the Solar Wind from 1 Solar Radius to 1 AU: an Analytical Treatment
我们研究了阿尔芬波在冕洞和太阳风中的传播、反射和湍流耗散。我们从Heinemann-Olbert方程开始,该方程描述了在背景流平行于背景磁场的非均匀介质中的非压缩磁流体动力学波动。按照Dmitruk等人的方法,我们使用一个简单的现象学的级联和波能量的耗散模型的非线性项在这些方程中,并假设有更多的能量在波传播远离太阳比波向太阳传播。然后,我们求解方程解析波的周期小时和更长的时间,以获得表达式的波振幅和湍流加热率作为日心距离的函数。我们还开发了第二个近似模型,其中包括周期约为1分钟至1小时的波,其反射比长周期波少,并将我们的模型与观测结果进行比较。我们的模型通过考虑太阳风的速度来推广Dmitruk等人的唯象模型,这样湍流加热率就可以从日冕底部超过阿尔芬临界点进行评估-也就是说,在整个区域中,大部分的加热和加速发生。我们得到的简单的解析表达式,可以用来将阿尔芬波反射和湍流加热到流体模型的太阳风。
2009-11-05 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.space-ph