Solar-cycle variations in meridional flows and rotational shear within the Sun's near-surface shear layer
Indian Institute of Astrophysics（印度天体物理研究所）；Pondicherry University（本地治里大学）；Stanford University（斯坦福大学）；W. W. Hansen Experimental Physics Laboratory, Stanford University（斯坦福大学W.W.汉森实验物理实验室）；National Research University TIIAME（塔什干信息技术与管理系统国立研究大学）
研究太阳近表面剪切层中纬向和经向流的时空变化，揭示科里奥利力对旋转梯度变化的主要作用。
2025-12-13 astro-ph.SR
The rotational shear layer inside the early red-giant star KIC 4448777
我们介绍了早期红巨星KIC 4448777的星震研究，补充和整合了以前的工作（Di Mauro et al. 2016），旨在通过分析{ \it Kepler}卫星在其第一次标称任务的四年中收集的全部数据来表征其内部的动力学。我们采用贝叶斯推断程序DIAMOND（Corsaro \& De Ridder 2014）进行峰值装袋分析和星震分裂反演方法，推导出恒星的内部旋转轮廓。新的混合模式分裂的检测，更集中在非常内部的氦核心，使我们能够重建的角速度剖面更深入到内部的恒星和解开的细节比在论文一：氦核几乎刚性地旋转，大约比对流包层快6倍，而氢壳层的一部分似乎以比He核低1.15倍的恒定速度旋转。特别是，我们研究了快速旋转的辐射内部和缓慢的对流区之间的内部剪切层，我们发现，它部分位于氢壳层内的$r \simeq 0.05R$和延伸的核心信封边界。最后，我们从理论上探讨了未来探测红巨星对流包络的可能性，并得出结论，即使假设有大量的模式，一组只有低调和度$l\leq 3$的分裂反演也不能详细地解决这个区域的旋转轮廓。
2018-05-23 astro-ph.SR
Differential rotation in K, G, F and A stars
利用K-A星开普勒测光中的旋转光调制来估计绝对旋转剪切.利用时频图测量了2562颗已知自转周期的恒星的自转频率分布。在有限的旋转周期范围内，确定了旋转剪切力随有效温度的变化。剪切在F星中增加到最大值，但在A星中有所减少。理论模型很好地再现了温度变化。在有限的温度范围内的旋转剪切旋转速率的依赖关系也被确定。K星和G星的剪切对自转速率的依赖性较弱，F星的剪切对自转速率的依赖性迅速增加，而A星的剪切对自转速率的依赖性最强。对于早于K型的恒星，观测到的切变随自转速率的变化与预测值之间存在差异。随着有效温度的增加，零频率扩展的恒星比例会大幅增加。A星的时频图与冷星的时频图没有什么不同，这进一步支持了具有辐射包络的恒星中斑点的存在。
2016-04-24 astro-ph.SR
Rotational radial shear in the low solar photosphere. Direct detection from high-resolution spectro-imaging
本研究通过高分辨率光谱成像直接测量低光球不同高度的旋转速度，发现旋转速度随高度抛物线下降，在80公里处慢约16%，为太阳动力学模拟提供新约束。
2025-09-10 astro-ph.SR
Local Simulations of the Magneto-rotational Instability in Core-Collapse Supernovae
考虑到核心坍缩超新星的应用，我们研究了磁旋转不稳定性（MRI）的非线性性质的三维模拟的框架内的局部剪切盒近似。通过系统地改变表征初生原中子星（PNS）的差旋程度的剪切速率，导出了磁共振所维持的湍流应力与剪切涡度比之间的标度关系。我们的参数测量表明湍流应力（$<< w_{\rm tot}>>$）和剪切涡度比（$g_q$）之间的幂律标度为$<<w_{\rm tot}>> \propto g_q^δ$及其指数$δ\sim 0.5$。MRI放大的磁能相对于湍流应力具有类似的标度，而麦克斯韦应力具有略小的幂律指数（$\sim 0.36$）。通过模拟MRI湍流引起的粘性加热率的影响，我们发现，较强的磁场或较大的剪切速率最初施加导致较高的耗散率。对于自旋周期为毫秒的快速旋转PNS和$10^{15}$ G的强磁场，能量耗散率估计超过$10^{51} {\rm erg\ sec^{-1}}$。我们的研究结果表明，核坍缩超新星的传统磁流体动力学（MHD）机制可能受到MRI驱动的湍流的影响，我们推测，一方面，由于PNS表面剪切转动能量的耗散，可能会损害MHD驱动的爆炸，另一方面，那里的能量沉积可能有利于中微子加热机制的工作。
2012-09-11 astro-ph.HE 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
Improving Our Knowledge of the Solar Near-Surface Shear Layer: The Special Case of the Leptocline
本研究聚焦太阳近表面剪切层中的叶斜线，概述其作为浅层旋转剪切层的特征、相关现象及对太阳活动周期和磁蝴蝶图形成的关键作用，为深入理解太阳动力学提供基础。
2025-03-01 astro-ph.SR
Rotational splittings for slow to moderate rotators: Latitudinal dependency or higher order effects in Ω?
关于旋转速率的信息包含在功率谱的低频部分中，其中预期非均匀表面旋转的签名，以及由内部旋转速率引起的频率分裂。我们希望弄清楚，由平均旋转分裂确定的地震旋转周期与从傅立叶频谱中的低频峰值测量的旋转周期（对CoRoT的一些目标进行观察）之间的差异是否可以对旋转剖面提供约束。对于均匀的中等旋转体，根据旋转角速度Ω对二阶和三阶的微扰校正可以模拟差分旋转。我们应用我们的微扰方法来计算均匀旋转的模式频率，精确到Ω^3。在线性近似中计算了纬度依赖性的影响。在造父β星系模型中，三级效应变得与类似于太阳的水平切变相当，其旋转速率远低于分裂值。我们展示了如何一个干净的签名的纬向剪切可能被提取。我们的两个CoRoT目标HD 181906和HD 181420的模型，代表较低的主序列对象。这些是慢旋转体，因此分裂中的非线性效应很小。我们使用一个低频峰值和一个分裂的偶极模式的数据来约束在HD 181420和HD 181906的旋转配置文件。这两种效应的相对影响在很大程度上取决于恒星中振荡模式的类型和自转速率的大小。鉴于平均旋转分裂和频率的一个点签名，这是可能的，以区分这两个假设，并在差分旋转的情况下，在纬度，我们提出了一种方法来确定类型的旋转配置文件和剪切值的范围。
2012-03-20 astro-ph.SR
Rotational flows in solar coronal flux rope cavities
本研究通过2.5维磁流体动力学模拟，揭示了日冕空腔内不对称磁通量绳形成如何通过热不稳定性与角动量守恒触发日珥旋转流，重现了巨型日珥龙卷风的观测现象。
2023-07-27 astro-ph.SR
Limits on radial differential rotation in Sun-like stars from parametric fits to oscillation power spectra
类太阳恒星的旋转剪切被认为是恒星发电机模型的重要组成部分。多亏了日震学，太阳的自转被很好地描述出来，但是其他类太阳恒星的内部自转轮廓却没有那么好的限制。直到最近，类太阳恒星自转的测量一直集中在平均自转上，但在测量或限制差自转方面几乎没有进展。利用星震测量的旋转，我们的目标是限制在五个类太阳恒星的径向剪切观察到的美国宇航局开普勒任务：KIC 004914923，KIC 005184732，KIC 006116048，KIC 006933899和KIC 010963065。我们使用的恒星结构模型，这五颗恒星从以前的作品。这些模型提供了质量密度，模式本征函数，和对流区的深度，我们用来计算灵敏度内核的旋转频率分裂的模式。我们使用这些内核作为权重的参数模型的恒星旋转配置文件的每一颗恒星，在那里我们允许不同的旋转速率的辐射内部和对流信封。这个参数模型被纳入到一个适合的振荡功率谱的五个开普勒恒星。这一拟合包括一个关于包络旋转的先验，该先验是根据从光度变化测量的表面磁活动的旋转来估计的。没有应用先验的星震测量无法对径向剪切施加有意义的限制。在包络旋转上使用先验使我们能够约束内部旋转速率，从而约束径向剪切。在我们研究的五种情况下，内部旋转速率与包络的差异不超过约+/-30%。旋转劈裂中的无偏角太大，不能明确地确定径向剪切的符号。
2017-05-30 astro-ph.SR
The asymmetry of sunspot cycles and Waldmeier relations as due to nonlinear surface-shear shaped dynamo
本文提出了一个太阳发电机模型的研究工作在大部分的对流区与环向磁场通量集中在地下旋转剪切层。我们探讨如何这种类型的发电机可能取决于湍流参数的空间变化和表面附近的差分旋转。平均场发电机模型考虑了磁螺旋度的演化，并描述了它对$α$效应产生大尺度磁场的非线性反馈。我们比较了模型预测的磁周期特性，包括周期不对称性（与增长和衰变时间相关）和持续时间-振幅关系（Waldmeier效应），与观测到的太阳黑子周期特性。我们表明，该模型定性地再现了太阳周期的基本性质。
2011-07-17 astro-ph.SR
Physics of rotation: problems and challenges
我们研究了目前关于旋转恒星的讨论中的一些争论点：形状，重力暗化，临界速度，质量损失率，流体动力学不稳定性，内部混合和N-富集。旋转混合的研究需要高质量的数据和仔细的分析。从最近的研究中，这些条件得到满足，旋转混合得到了很好的证实。与恒星风的磁耦合可能产生一个明显的矛盾，即低自转和高N-富集的恒星。我们指出，它，而不是证实了大作用的剪切差旋转恒星的运输过程。新的相互作用的双星模型也显示了剪切和混合可能会加强密切的双星，无论是旋转或潮汐相互作用。
2014-08-08 astro-ph.SR
Solar wind rotation rate and shear at coronal hole boundaries, possible consequences for magnetic field inversions
几个航天器进行的现场测量表明，太阳风经常受到快速远离太阳远距离传播的瞬态结构（磁褶、喷流、波、通量绳）的扰动。帕克太阳探测器探测到在小的日心距离上磁场矢量的频繁旋转，伴随着令人惊讶的大太阳风旋转速率。这种磁场弯曲的物理起源，它们在行星际空间中生存的条件，以及它们与太阳风旋转的关系，都还没有被清楚地理解。我们跟踪测量的太阳风流从航天器的位置下降到太阳表面，以确定其潜在的源区，并使用全球MHD模型的日冕和太阳风，将它们与低太阳日冕的旋转状态。我们确定了太阳日冕的区域，其中太阳风的速度和旋转剪切是重要的和长寿命的，可以有利于磁偏转的发展和它们的传播跨越扩展高度的太阳风。我们发现，日冕旋转是高度结构化的，增强的流动剪切发展的边界附近的冕洞和流光，周围和以上的伪流光，即使当这样的边界与太阳旋转的方向对齐。PSP识别的大部分之字形都映射到这些区域，无论是瞬时磁场连通性还是到达航天器的风流轨迹。这些强剪切区域很可能在很远的距离上给太阳风留下印记，并增加慢速太阳风的横向速度变化。模拟和连通性分析表明，它们可能是帕克太阳探测器观察到的曲折和尖峰的来源。
2021-04-16 astro-ph.SR
Helioseismic Imaging of Fast Convective Flows Throughout the Near-Surface Shear Layer
使用一个新的环图日震学的实施，我们确定整个近地表剪切层的对流的强度和空间尺度。我们的环形图技术采用高度重叠的分析区域和一种有效的三维反演方法来测量对流运动，其分辨率范围从表面的$3 \ \mathrm{Mm}$到底层的$80 \ \mathrm{Mm}$。我们发现均方根水平流速在光球层的$427 \ \mathrm{m \ s^{-1}}$处达到峰值，并在$20 \ \mathrm{Mm}$和$30 \ \mathrm{Mm}$之间下降到最小值$124 \ \mathrm{m \ s^{-1}}$。从速度振幅和占主导地位的水平尺度看到在每个深度，我们推断对流的旋转影响的水平是低的表面附近，但过渡到一个显着的水平在近地表剪切层的底部与Rossby数之间变化2.2低至0.1。
2015-04-02 astro-ph.SR
Shear-driven instabilities in Hall-MHD plasmas
等离子体的大尺度动力学在磁流体力学（MHD）的框架内得到了很好的描述。然而，每当等离子体的离子密度变得足够低时，霍尔效应可能变得重要。霍尔效应在几种天体物理等离子体过程中的作用已被研究过，如磁重联、磁发电机、MHD湍流或MHD不稳定性。特别是，小尺度不稳定性的发展是必不可少的了解在一些天体物理等离子体的传输特性。磁旋转不稳定性发生在嵌入相对较弱的磁场中的差速旋转吸积盘中，这只是一个例子。大尺度速度流对小尺度不稳定性的影响通常用线性剪切流来近似。本文定量研究了大尺度剪切流中霍尔效应对等离子体的作用。更准确地说，我们表明，一个新的不稳定性的发展，只要存在的霍尔效应，因此，我们称之为霍尔磁剪切不稳定性。作为一个特殊的情况下，我们恢复所谓的磁旋转不稳定性和定量评估的作用，霍尔效应对其发展和演变。
2011-05-26 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Evidence of a Quasi-periodic Global-scale Oscillation in the Near-Surface Shear Layer of the Sun
通过分析SDO卫星HMI仪器的高分辨率多普勒数据中的低阶模式环图拟合，发现了太阳近表面剪切层中存在覆盖大范围半球、随太阳自转周期反转的全球尺度纬向和经向径向剪切振荡。
2023-05-29 astro-ph.SR
Magnetic fields on young, moderately rotating Sun-like stars - I: HD~35296 and HD~29615
对年轻太阳型恒星的磁场的观测提供了一种研究其磁场活动和发电机特征的方法。分光偏振法使得研究这些恒星的磁场成为可能，因此伯纳德·李奥特望远镜和英澳望远镜使用分光偏振法研究了两颗中等旋转的年轻类太阳恒星，即HD 35296（V119 Tau，HIP 25278）和HD 29615（HIP 21632）。结果表明，这两颗恒星显示的色球指数旋转变化与它们的斑点活动一致，这些变化表明HD 35296可能有一个长期的循环周期。此外，这两颗恒星都有复杂且不断演化的大规模表面磁场，并有显著的环向分量。这两颗恒星的表面差异旋转都被测量到。对于F8 V恒星HD 35296，从观测到的磁场分布图中推导出$ΔΩ$ = 0.22 $^{+0.04}_{-0.02}$ rad/d的旋转剪切。对于G3 V恒星HD 29615，磁特征表明其旋转切变为$ΔΩ$ = 0.48 $_{-0.12}^{+0.11}$ rad/d，而具有独特极斑的黑子特征提供的$ΔΩ$值要低得多，为0.07 $_{-0.03}^{+0.10}$ rad/d。HD 29615的斑点和磁性特征之间的剪切值存在如此显著的差异，这是在其他低质量恒星中观察到的变化的一个极端例子。从广泛的和持久的方位角场观察到的两个目标，它的结论是分布式发电机在这些适度旋转的类太阳恒星，在显着的对比，太阳的界面层发电机。
2015-02-20 astro-ph.SR
Tayler instability of toroidal magnetic fields in MHD Taylor-Couette flows
研究了两个无限长圆柱绕同一轴线旋转时，在环形磁场作用下，均匀密度不可压缩流体的非轴对称“扭结型”Tayler不稳定性（TI）。结果表明，对于静止圆柱，不稳定模式的临界哈特曼数不依赖于Pm。通过刚性旋转的不稳定性被抑制的临界比的旋转速度和阿尔芬速度的字段（仅）稍微取决于磁普朗特数Pm。当Pm=1时，TI的转动猝灭达到最大值。如果旋转不是太快，则具有负剪切（即dΩ/dR<0）的旋转定律强烈地使环向场不稳定。对于足够高的旋转雷诺数，非轴对称磁不稳定性的抑制总是占主导地位。不稳定性的角动量输运与剪切相关，因此可以定义涡动粘性，这被证明是正的。对于负剪切，微扰的麦克斯韦应力对角动量输运有显著的贡献。我们还展示了实验室TI实验的可能性，实验室TI实验是用充满钠或镓等流体金属的宽间隙容器进行的。甚至旋转稳定的效果也可以在实验室中用仅几千欧的电流再现。
2009-03-23 astro-ph.SR
Correlations with Magnetic Activity in the Solar Near-Surface Shear Layer. II. Radial Shear
W. W. Hansen Experimental Physics Laboratory, Stanford University（斯坦福大学W.W.汉森实验物理实验室）；Department of Astronomy, Yale University（耶鲁大学天文学系）
本研究基于HMI环图测量数据，分析太阳近表面剪切层的径向剪切特性，发现其剪切参数与磁活动指数强相关，强剪切层随太阳周变化，揭示了太阳流动与磁场的关联。
2026-08-21 astro-ph.SR
Destabilization of rotating flows with positive shear by azimuthal magnetic fields
根据瑞利准则，当旋转流的比角动量径向向外增加时，旋转流是线性稳定的。只要角速度向外减小，著名的磁旋转不稳定性就为使这些流动不稳定开辟了一条道路。使用短波长近似，我们证明，即使是非常陡峭的正剪切流可以不稳定的方位角磁场，这是在流体中的电流。我们说明了这种不稳定性的旋转增强扭结型不稳定性的情况下，在流体中的均匀电流的过渡，并讨论了观察它在磁化泰勒-库埃特流的前景。
2015-11-12 astro-ph.SR physics.flu-dyn
The rotational influence on solar convection
本文认为，占主导地位的动力学，热平衡和旋转的太阳对流区。原因是：科里奥利力平衡压力梯度。背景涡拉伸、斜压力矩和非线性平流共同平衡。湍流通量传递了辐射扩散所不能传递的太阳光度的一部分。这四个关系严格地根据已知的物理量来确定对主导尺度和动力振幅的估计。我们预测，动力Rossby数对流小于统一的近地表剪切层，表明强旋转约束。我们还预测了一个特征对流长度尺度约为30毫米，在整个对流区。这些推论有助于解释最近的观察，揭示弱流振幅在100-200毫米尺度。
2020-10-29 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Matching conditions in Locally Rotationally Symmetric spacetimes and radiating stars
我们使用半四分之一1+1+2协变的形式主义，重铸著名的Israel-Darmois匹配条件的局部旋转对称（LRS-II）时空。这演示了两个不同时空的几何量，包括体积膨胀、时空剪切、加速度和外尔曲率，是如何在继承对称性的一般匹配曲面上相关的，该曲面可以是类时或类空的。该方法是纯几何的，并且依赖于在匹配超曲面处匹配2维片的高斯曲率。这也提供了对每个时空的热力学量的约束，以便它们可以在表面上平滑地匹配。作为一个例子，我们恢复桑托斯边界条件和模型的辐射星匹配的Vaidya外部在广义相对论。
2020-11-02 astro-ph.SR gr-qc
Generation of mean flows in rotating anisotropic turbulence: The case of solar near-surface shear layer
太阳近地表剪切层（NSSL）自转速率的径向梯度与纬度和半径无关。理论平均场模型已经成功地解释了太阳NSSL的这一特性，而全球直接对流模型一直不成功。我们调查这种差异的原因，通过测量平均流量，雷诺应力和湍流输运系数NSSL条件下。模拟的成分很少。这些成分是由于边界、各向异性湍流和旋转引起的不均匀性。模拟的参数被选择为使得它们与弱旋转约束的NSSL相匹配。模拟探测局部笛卡尔补丁的恒星在给定的深度和纬度。通过改变旋转速率来改变斑块的深度，使得所得到的科里奥利数<1。我们测量的湍流输运系数相关的非扩散和扩散部分的雷诺应力，并将它们与目前的平均场论的预测。一个负的径向梯度的平均流类似于太阳NSSL的产生，只有在赤道的纬向流是缺席。在其他纬度，纬向气流与对应于差异旋转的平均气流相当。我们还发现，雷诺应力的径向分量不能忽略。此外，我们还发现，从表面到底部的NSSL的湍流粘性被约50%的旋转淬灭。我们的局部模拟没有验证的平均场论的NSSL的产生的解释被忽略的横向应力。然而，在我们的模拟中湍流粘性的旋转依赖性与理论预测吻合得很好。我们的结果是在定性协议与全球对流模拟的NSSL赤道附近获得。
2020-12-10 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Leptocline as a Shallow Substructure of Near-Surface Shear Layer in 3D Radiative Hydrodynamic Simulations
了解太阳对流区中自转驱动的效应对于许多与太阳活动相关的问题是必不可少的，例如差异自转的形成，纬向环流等。我们分析现实的3D辐射流体动力学模拟太阳地下动态旋转的存在下，在一个局部域80毫米宽，25毫米深，位于30度纬度。模拟结果揭示了一个浅10毫米深的近地表剪切层（NSSL）的子结构，其特征在于由一个强大的径向旋转梯度和自组织的湍流的发展。这一浅层（“leptocline”）位于氢电离区与增强各向异性过冲型流入一个不太不稳定的层之间的H和HeII电离区。我们讨论了目前的观测证据的存在下的薄跃层，并表明，径向变化的差分旋转和对流剖面在这一层的模拟定性同意与日震观测。
2022-08-27 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Prograde spin-up during gravitational collapse
小行星、行星、某些疏散星团中的恒星以及分子云似乎具有优先的自旋-轨道排列，这表明它们在出生时的旋转与较大的母体结构有着共同的过程。我们提出了一种新的机制，描述了如何收集的粒子或“云”获得一个旋转组件时，他们崩溃或合同，而受到外部，中心力。这种效应是几何学上的，因为在坍缩过程中，弯曲轨道上的相对剪切会使它们的共享质心稍微向内移动，并朝向外部势，将轨道角动量交换为对齐（顺时针）旋转。我们进行了说明性的分析和N体计算表明，这一过程中的自旋的二次进行的时间（$δL_\mathrm{rot} \propto t^2$），直到崩溃接近完成。总的旋转增益随云坍缩前的大小而增加：$δL_\mathrm{rot}/L_\mathrm{H} \propto (R_\mathrm{cl}/R_\mathrm{H})^5$，典型地随到势源的距离而增加（$L_\mathrm{H}\propto r_0)$ .对于在切变和自引力界面（$R_\mathrm{cl} \sim R_\mathrm{H}$）形成的云，逆时针旋转意味着即使初始逆时针旋转很大的设置也会坍缩形成逆时针旋转的物体。作为一种几何效应，在任何触发剪切的中心势周围，即使是剪切强烈逆行的中心势，也会持续发生自旋上旋。我们强调的应用程序，太阳系，在柯伊伯带中的柯伊伯带旋转可以解释二进制对象的频率。
2022-05-19 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
