The Shape of the Solar Tachocline
本文利用长时间序列日震数据和更灵活的正演建模方法，发现太阳差旋层并非简单扁长形状，而是在中纬度凸出，其中心位置随纬度在辐射区与对流区之间变化。
2025-11-10 astro-ph.SR
Confinement of the Solar Tachocline by Dynamo Action in the Radiative Interior
太阳物理学中一个主要的突出问题是对太阳速跃层的限制，这是一个薄的剪切层，它将辐射内部的近固体旋转与对流区的强烈差异旋转分开。在这里，我们提出了第一个3-D的，全球性的太阳模拟中，一个速跃层是由自激发电机限制。非轴对称的磁性最初建立在对流区，然后扩散印记向下。此外，该领域是本地放大整个辐射内部的强烈水平运动所产生的赤道Rossby波和可能的剪切不稳定性。因此，我们的工作挑战了长期以来的观念，即太阳的发电机磁场只被放大到速跃层的深度，并储存在一个静止的辐射内部。
2022-09-27 astro-ph.SR
On the hydrostatic stratification of the solar tachocline
我们提出了一种尝试，以调和太阳速跃层故障，一个薄层的对流区，其中地震推断的太阳声速超过相应的值在标准的太阳模型，与一定程度的部分材料混合，我们推测已导致对流过冲，波运输和速跃层环流的组合。我们首先总结的影响，无论是修改模型中的辐射内部的不透明度，或将缓慢或快速速跃层循环。没有一个是单独成功的。然后，我们认为，没有物理上的理由，不完整的材料重新分布下的对流区，这是足够慢，不扰乱辐射平衡。它被简单地模拟为一个扩散过程。我们发现，结合适当的不透明度修改，有可能找到一个密度相关的扩散系数，几乎完全消除了毛刺，与地震学一致的辐射包络。
2018-03-23 astro-ph.SR
Dynamo Confinement of a Radiatively Spreading Solar Tachocline Revealed by Self-consistent Global Simulations
本研究通过全局数值模拟证明，发电机产生的非轴对称磁场通过麦克斯韦应力在辐射扩散状态下约束太阳差旋层，首次实现了符合太阳参数的自洽约束。
2025-07-11 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
Quasi-biennial oscillations in the solar tachocline caused by magnetic Rossby wave instabilities
准两年振荡（QBO）是太阳活动指数中常见的现象。然而，到目前为止，还没有明确的物理机制，所观察到的变化已经提出。本文利用浅水磁流体动力学近似研究了太阳速跃层中磁Rossby波的稳定性。我们的分析表明，典型的差异旋转和强度> 10^5 G的环形磁场的组合触发了周期为2年的m=1磁Rossby波谐波的不稳定性。该谐波相对于赤道是反对称的，其周期（和增长率）取决于微分旋转参数和磁场强度。这种振荡可能导致太阳表面出现周期性的磁通量，从而可能导致观测到的太阳活动特征中的QBO。由于平均磁场的变化和速跃层中的差异旋转，QBO的周期在整个周期内以及在周期与周期之间可能发生变化。
2010-11-05 astro-ph.SR
Magnetic confinement of the solar tachocline: The oblique dipole
本文进行了耦合湍流对流区和辐射区的三维MHD全球太阳模拟。太阳的基本特征，如差异旋转，纬向环流和内波激发恢复。这些现实的模型被用来测试的可能性，有一个原始的内部磁场限制的太阳速跃层。我们发现，最初的限制磁场，我们认为开放到对流信封。角动量通过磁力矩和应力在两个区域之间传输，建立了所谓的费拉罗等旋定律。在所研究的参数空间中，双周循环穿透对磁场的约束失效，也意味着磁场对速跃层约束失效。三维对流运动被证明负责缺乏磁场约束。这些结果对于所考虑的不同磁场拓扑结构（即对齐或倾斜偶极子）是稳健的。
2011-12-06 astro-ph.SR
Dynamics of the solar tachocline III: Numerical solutions of the Gough and McIntyre model
我们提出了第一个数值模拟的太阳内部表现出一个速跃层与高夫和麦金太尔（1998年）的模型。我们发现非线性，轴对称，稳态数值解，其中：（1）大规模的原始场被在对流区中陀螺泵送的下降的纬向流限制在辐射区内（2）辐射区几乎是均匀旋转的，旋转速率与观测结果一致（3）速跃层的大部分是无磁的，在热-风平衡和热平衡中，以及（4）场和流之间的相互作用发生在位于速跃层底部的非常薄的磁性边界层（速跃层顶）内。我们表明，厚度的速跃层规模与振幅的纬向流完全如Gough和麦金太尔预测。我们还确定了参数条件下，可以获得这样的解决方案，并提供了一个简单的解释，以前的数值尝试在重现高夫和麦金太尔模型的失败。最后，我们讨论了我们的研究结果对未来太阳内部数值模型的影响，以及对太阳和其他恒星的未来观测。
2013-04-11 astro-ph.SR
The relationship between solar and stellar tachoclines, dynamos, and spin-down
University of California, Santa Cruz（加州大学圣克鲁兹分校）；U.S. National Science Foundation（美国国家科学基金会）；University of Colorado, Boulder（科罗拉多大学博尔德分校）
本研究通过两类三维流体模拟发现，含磁场情形下的自激发电机可限制太阳差旋层并传递自转减速，推测差旋层与自转减速及全局发电机密切相关。
2026-09-03 astro-ph.SR
A Dynamo Confinement Scenario for the Solar Tachocline and its Implications for Spin-down in the Radiative Spreading Regime
University of California, Santa Cruz（加州大学圣克鲁兹分校）；University of Colorado, Boulder（科罗拉多大学博尔德分校）
本文研究了太阳湍流层如何通过动力学约束对抗辐射扩散，发现湍流层的自转减退通过Maxwell应力传递至深层辐射区，揭示了自转减退的传播机制。
2026-04-16 astro-ph.SR
Solar-type dynamo behaviour in fully convective stars without a tachocline
在太阳型恒星（具有辐射核和对流包层）中，磁场为星斑、耀斑和其他太阳现象提供动力，并为色球和日冕发射紫外线至X射线波长提供动力。产生磁场的发电机依靠差动旋转对内部磁场的剪切。长期以来，人们一直认为切变发生在辐射核心和对流包络之间的一个称为速跃层的边界层中。完全对流的恒星没有速跃层，它们的发电机机制预计会非常不同，尽管其确切的形式和物理依赖性尚不清楚。在这里，我们报告的观测四个完全对流的恒星，其X射线辐射与其旋转周期以同样的方式在太阳类恒星。由于X射线活动-旋转关系是磁发电机行为的一个公认的代理，这些结果意味着完全对流的恒星也运行着太阳型发电机。因此，在完全对流的恒星中缺乏速跃层表明，这不是太阳发电机的关键成分，并支持发电机起源于整个对流区的模型。
2016-07-26 astro-ph.SR
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
The effect of the tachocline on differential rotation in the Sun
本文提出了一个研究速跃层对太阳对流区差异自转影响的模型。数学技术依赖于这样的假设，即熵在速跃层内外的等旋面中几乎是恒定的（“混合良好”）。由此产生的解决方案表现出非平凡的功能，惊人地类似于真正的速跃层等旋轮廓在意想不到的细节。这加强了该理论的数学前提。所观察到的旋转模式的速跃层显示出强大的四极结构，一个重要的功能，明确用于构建我们的解决方案。速跃层被局部地视为一个小但有限厚度的内部边界层，然后构造一个显式整体解。因此，在速跃层角速度的内部跳跃和太阳表面附近观测到的角速度的扩散之间可以建立一种动力学联系。在一般情况下，我们的研究结果表明，大部分的太阳对流区是在热风平衡，简单的四极应力，局部半径，调解速跃层过渡从差分旋转均匀旋转的辐射内部。
2010-05-27 astro-ph.SR
On the role of tachoclines in solar and stellar dynamos
位于辐射区和对流区之间的旋转剪切层，即磁力线，在类太阳恒星的磁场产生过程中起着关键作用。我们提出了两套全球模拟旋转湍流对流和发电机。第一组只考虑恒星的对流包层;第二组，针对速跃层的形成，也考虑了辐射带的上部。我们的研究结果表明，所产生的平均流和发电机性质，如增长率，饱和能量和模式依赖于Rossby（Ro）数。对于第一组模型，无论是振荡（2年周期）或稳定发电机的解决方案。第二组中的模型自然地发展出速跃层，这反过来又导致产生强平均磁场。由于磁场也沉积在稳定的深层，其演化时间尺度比没有速跃层的模型长得多。令人惊讶的是，上部湍流对流区的磁场与深部磁场在相同的时间尺度上演化。这些模型的结果在振荡发电机与~30年的周期或在一个稳定的发电机取决于Ro。在使用FOSA计算的平均场发电机系数方面，没有速跃层的振荡模型中的场演化似乎与根据帕克-吉村符号规则传播的发电机波一致。在具有速跃层线的模型中，动力学更为复杂，涉及其他输运机制以及速跃层不稳定性。
2015-12-18 astro-ph.SR
Thermomagnetic Ettingshausen-Nernst effect in tachocline and axion mechanism of solar luminosity variations
结果表明，太阳光度变化的轴子机制的假设表明，太阳轴子粒子出生在太阳的核心，并可能有效地转换回$γ$ -量子在太阳超冲速跃层的磁场是物理相关的。结果还表明，由速跃层中的磁场变化通过热磁Ettingshausen-Nernst效应引起的轴子起源的$γ$ -量子的强度变化直接引起太阳光度的变化，并最终表征太阳的活动和安静状态.在这个机制的框架内，我们得到了轴子与光子耦合强度（$g_{a γ} = 4.4 \cdot 10^{-11} GeV^{-1}$）和强子轴子粒子质量（$m_a \sim 3.2 \cdot 10^{-2} eV$）的估计。它还表明，声称的轴子参数不矛盾任何已知的实验和理论模型独立的限制。
2015-12-06 astro-ph.SR
Equatorial magnetohydrodynamic shallow water waves in the solar tachocline
本文研究了环形磁场对太阳速跃层中浅水波动力学的影响。一个亚绝热温度梯度在上过冲层的速跃层的原因显着减少的表面重力速度，这将导致捕获的波赤道附近和增加的Rossby波周期的时间尺度的太阳周期。在上速跃层条件下，得到了赤道磁流体动力学（MHD）浅水波的色散关系，并进行了解析和数值求解。发现环向磁场将赤道Rossby波和Rossby-重力波分裂为快模和慢模。对于一个合理的约化重力值，全球赤道快磁Rossby波（与赤道范围的空间尺度）有11年的周期，匹配的活动周期的时间尺度。这些解局限于纬度20-40之间的赤道附近，与太阳黑子活动带重合。赤道慢磁罗斯贝波的周期为90-100年，类似于观察到的周期强度的长期调制，即，Gleissberg循环赤道磁Kelvin波和慢磁Rossby重力波具有1-2年的周期性，可能对应于观测到的年振荡和准两年振荡。赤道快速磁-罗斯比-重力波和磁-惯性-重力波具有数百天的周期，可能是观测到的里格型周期的原因。因此，赤道MHD浅水波在上冲速跃层可以捕捉到所有的时间尺度观测到的太阳活动的变化，但详细的分析和数值研究是必要的，使一个坚定的结论对波的连接到太阳发电机。
2018-04-06 astro-ph.SR
Thermomagnetic Ettingshausen-Nernst effect in tachocline, magnetic reconnection phenomenon in lower layers, axion mechanism of solar luminosity variations, coronal heating problem solution and mechanism of ADM variations around BH
它表明，量子引力的全息原理（在宇宙的全息图中，因此在我们的银河系中，当然也在太阳上！），其中引力理论和量子力学之间的冲突消失，产生了巴布科克-莱顿全息机制。与太阳发电机模型不同的是，它通过速跃层中的热磁Ettingshausen-Nernst（EN）效应产生强的环形磁场。因此，借助于热磁EN效应，简单地估算出例如太阳的速跃层中理想气体的磁压，可以间接地证明，利用量子引力的全息原理，速跃层的排斥环向磁场（$B_{tacho}^{Sun} = 4.1 \cdot 10^7 ~G = - B_{core}^{Sun}$）精确地“中和”太阳核心的磁场，因为磁场在速跃层和核心中的投影值相等，但方向相反。基本问题是磁通量管（MFTs）的反发电机模型的广义问题，其中包括磁周期在内的两种全息效应（热磁EN~效应和Babcock-Leighton全息机制）的性质体现在非对称暗物质（ADM）的调制中，从而体现在太阳内部的太阳轴子中。
2020-01-21 astro-ph.SR
Exploring hydrodynamical stellar tachoclines along stellar evolution
本文针对太阳型恒星演化中较差自转层输运问题，采用 Mathis Zahn 2004 形式体系与薄层近似，建模不同自转状态下的较差自转、经向环流及混合系数。
2025-10-20 astro-ph.SR
On the Tachocline Zone Location in the Sun, the Luminosity Transport time scale, the Rotational Inertia and their Time Variation in Standard Solar Evolution Models
使用GONG标准太阳演化模型对太阳从ZAMS阶段的演化进行采样的研究显示了以下内容。速斜带的位置几乎是固定的，因为它不受壳燃烧的影响，尽管它与太阳的膨胀共同移动，直到现在的4.6 Gyr。太阳的光度输运时间尺度完全由光子扩散控制，在演化过程中从204000年减少到187000年。太阳的转动惯量从6.73x10^46 kg m^2逐渐增加到目前的7.09x10^46 kg m^2，但在同一时期，惯性常数从0.0911减小到0.0736。
2014-02-22 astro-ph.SR
Magneto-Rossby waves in the solar tachocline and the annual variations in solar activity
在许多太阳活动周期中，许多太阳活动指数都有年度振荡。最近多个航天器对日冕亮点的观测揭示了缓慢的逆行环形相位漂移（1年振荡的速度为3 m/s），这自然表明它们与内部的Rossby型波有关。本文从理论上研究了具有环形磁场的太阳速跃层中的全球磁开尔文波和磁Rossby波的动力学。利用球坐标，解析地得到了波的色散关系和解的纬向结构。我们还得到了纬向差异转动下的不稳定磁Rossby波谐波谱。估计的周期和相速度表明，磁Rossby波，而不是开尔文波符合1年振荡的观测。另一方面，格林威治皇家天文台太阳黑子面积的Morlet小波分析显示，在半球和全圆盘数据中，太阳黑子面积的周期为450-460天、370-380天、310-320天、240-270天和150-175天。理论结果与观测结果的比较使我们得出结论，全球磁开尔文波在上冲速跃层可能是负责的450-460天（1.3年）的周期，而其余的周期可以连接到不同的谐波的全球快磁Rossby波。
2019-04-29 astro-ph.SR
Inversions of the Ledoux discriminant: a closer look at the tachocline
模拟太阳对流层的底部是一个繁琐的问题。自从第一次自转反转以来，太阳模型研究者面临着这样一个事实，即一个非常有限的区域对太阳产生了巨大的物理影响。事实上，它是从微分旋转到固体旋转的过渡区域，速跃层，它还受到湍流的影响，也被认为是太阳磁发电机的所在地。此外，太阳模型显示出与该区域声速剖面的显著差异。在本文中，我们将展示如何日震学可以提供进一步的限制，这一地区进行反演的勒杜判别式。我们比较了这些反演的标准太阳模型使用不同的不透明度表和化学丰度，并讨论了太阳模型和太阳之间的差异的起源。
2017-09-01 astro-ph.SR
Nonlinear Evolution of Axisymmetric Twisted Flux Tubes in the Solar Tachocline
数值研究了薄球壳中磁场和流体流动的演化。我们把初始场看作是一个纬向受限的、主要是环形的磁通管。对于纯粹的环形，无扭曲的通量管，我们恢复以前已知的径向粉碎不稳定性，并进一步表明，在非线性制度，这些不稳定性可以非常有效地破坏原来的领域。对于也包括极向分量的扭曲通量管，存在几种可能性，包括径向破碎不稳定性的抑制，但也有更直接的诱导演化，这是因为扭曲通量管通常不是控制方程的平衡解。
2009-12-29 astro-ph.SR
Towards a self-consistent hydrodynamical model of the solar tachocline
本研究指出经典SZ92太阳差旋层流体动力学模型的输运假设与最新分层湍流模型不符，提出角动量和热输运均由水平湍流扩散主导的自洽新模型，给出厚度标度关系并分析其特性与局限。
2025-01-13 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
Nonlinear Evolution of Global Hydrodynamic Shallow-Water Instability in Solar Tachocline
我们提出了一个完全非线性流体动力学的“浅水”模型的太阳速跃层。该模型包括一个全球性的球壳差动旋转的流体，它有一个可变形的顶部，从而允许沿纬度和经度方向的径向方向的运动。当系统受到扰动时，在其非线性演化过程中，微分旋转、高频重力波及其相互作用会产生不稳定的低频浅水剪切模态。在该模型中，辐射线和超调线分别用高有效重力值和低有效重力值来表征。建立了一个包含很低数值扩散的半隐式谱格式，我们进行了浅水模式的非线性演化。我们的初步结果表明：（i）高纬急流或极上旋的发生是由于不稳定的水动力浅水扰动和差异旋转的非线性演化;（ii）扰动中的雷诺应力以及壳层厚度和纬向流的变化是差异旋转演化的原因;（iii）扰动能量主要集中在最低的纵向波数上，（iv）在扰动和未扰动状态之间的能量振荡是由于在几乎无耗散的系统中这些模式的演化而发生的，以及（v）扰动是地转的，但偶尔会发生地转平衡的非调整，特别是在高有效重力的情况下，导致重力波的产生。我们还发现，一个线性稳定的微分旋转轮廓保持非线性稳定。
2011-11-21 astro-ph.SR
Magnetic confinement of the solar tachocline: II. Coupling to a convection zone
观测到的太阳速跃层薄的原因仍然没有很好的理解。已经提出的解释之一是，原始磁场使辐射区的旋转均匀。我们在这里测试的有效性，通过3D数值MHD模拟，包括辐射区和对流区的这种磁性的情况下。采用滞弹性球谐函数（ASH）程序进行了数值模拟。计算域从$0.07\;R_\odot$扩展到$0.97\;R_\odot$。在我们研究的参数区域中，与旋转轴对齐的偶极化石场不能保持被限制在辐射区中。当场线被允许与对流区底部的湍流非定常对流运动相互作用时，3D效应防止了场约束。与之前的工作一致，我们发现偶极化石场，即使最初深埋在辐射区内部，也会扩散到对流区。根据费拉罗等旋定律，它在辐射带上留下了对流带纬向差异旋转的印记，这是没有观察到的。
2011-07-19 astro-ph.SR
Addressing the acoustic tachocline anomaly and the lithium depletion problem at the same time
目前的标准太阳模型既不能正确解释光球锂的丰度，也不能再现推断出的太阳声速剖面。在太阳对流信封的底部扩散过冲先前已被证明可以解决这些模型的不足之处。在本文中，我们提出了一个分析的太阳模型与四个不同的参数化扩散过冲。我们发现，这些模型能够恢复正确的锂耗尽，无论参数化，如果过冲被抑制，在早期的进化阶段。此外，扩散过冲的参数化已被证明可以改善推断的声速分布。然而，所提出的模型都不能同时解决这两个模型的不足之处，这表明扩散过冲本身是不足的，以考虑到观察。
2018-10-22 astro-ph.SR
Magnetohydrodynamic shallow water equations with the alpha effect: Rossby-dynamo waves in solar--stellar tachoclines
本文研究穿透对流对类太阳恒星塔科林中罗斯比波的影响，提出磁流体动力学浅水方程，发现与α效应相关的新振荡模，其周期对应太阳活动周期，为内部磁性和恒星发电机提供新范式。
2025-10-10 astro-ph.SR
Magnetic Rossby waves in the solar tachocline and Rieger-type periodicities
除了11年的太阳活动周期外，在第21太阳活动周期期间，在高能太阳耀斑中发现了另一个大约155-160天的周期，并且还报道了它在太阳黑子区和强磁通量中的存在。这种周期性具有难以捉摸和神秘的特征，因为它通常只出现在太阳活动周期的最大值附近，并且似乎与太阳表面周期性出现的强磁通量有关。因此，它可能与速跃层有关，速跃层是位于太阳对流区底部附近的一个薄层，那里储存着强发电机磁场。本文研究了存在环向磁场和纬向差异旋转时速跃层中Rossby波的动力学。我们的分析表明，磁Rossby波一般是不稳定的，增长率是敏感的磁场强度和纬向差分旋转参数。在整个太阳活动周中，差旋和磁场强度的变化增强了在太阳活动周极大值附近速跃层上部特定谐波的增长率。这个谐波相对于赤道对称，周期为155-160天。波振幅的快速增加可能会导致出现磁通量，从而导致观测到与磁通量相关的太阳活动指标的周期性。
2009-11-24 astro-ph.EP astro-ph.SR
Shear-driven magnetic buoyancy in the solar tachocline: Dependence of the mean electromotive force on diffusivity and latitude
本研究通过局部笛卡尔模型数值模拟，证明在旋转流体中增加 Prandtl 数可增强贯穿层剪切驱动的磁浮力不稳定性，从而产生更强的平均电动势，且该效应受纬度影响微弱，是太阳发电机极向场再生的可行机制。
2024-10-10 astro-ph.SR
On Limiting the Thickness of the Solar Tachocline
我们提出了在太阳的耦合对流和辐射区域的轴对称模拟，以调查角动量的辐射内部的演变。流体动力学和磁流体动力学模型运行。我们发现了一个初始的快速调整，在这个调整中，对流区的差异旋转粘性地传播到辐射内部，从而形成了一个“速跃层”。在极地地区，在速跃层中发展的反向旋转的双斜环流圈阻止了速跃层的随后扩展。在赤道附近，这样一个反向旋转的细胞是更间歇性和速跃层渗透深度继续增加，虽然比以前预测的更慢。在磁模型中，我们施加了一个偶极场最初局限于辐射内部。磁性模型的行为与它们的非磁性对应部分非常相似。尽管与对流区相连，但对流区和辐射区之间的角动量传递非常小。因此，虽然看起来磁场对于停止速跃层扩散不是必需的，但如果连接到对流区，它也不会促进这种扩散。
2011-04-24 astro-ph.EP astro-ph.SR
Changes in the solar rotation over two solar cycles
我们使用来自地面和空间仪器的日震数据来分析自太阳活动周期23开始以来太阳自转的变化，重点是研究周期23和24之间的差异。我们发现，太阳自转的性质确实是不同的两个周期。虽然纬度独立分量的变化遵循太阳周期指数，但其他一些分量的行为更为复杂。太阳纬向流的行为及其空间梯度也发生了实质性的变化。虽然第24周期的纬向气流总体上弱于第23周期，但有明显的迹象表明第25周期的出现。我们还研究了太阳速跃层的性质，特别是它的位置、宽度和穿过它的自转速率的变化（或跳跃），发现穿过速跃层的自转速率的变化具有显著的时间变化。我们还发现，太阳活动24周的变化与23周的变化有很大的不同。我们没有发现任何统计上的显着变化的位置或宽度的速跃层。
2019-08-14 astro-ph.SR
Topological plasma oscillations in the solar tachocline
本文利用浅水磁流体动力学方程研究太阳差旋层等离子体振荡，发现磁开尔文波和磁柳井波具有拓扑保护特性，为日震学观测解释提供了新的理论依据。
2024-01-15 astro-ph.SR hep-ph physics.plasm-ph
Spin-down dynamics of magnetized solar-type stars
人们早就知道，太阳型恒星在它们的主序星寿命期间通过磁制动经历了显著的自旋下降。然而，磁制动只作用于表面层;目前还不完全了解角动量如何在恒星内部传输，以及自旋下降信息如何快速传递到内部深处。在这项工作中，我们利用最近在了解太阳内部动力学方面取得的进展来模拟其他太阳型恒星的内部。按照Gough和McIntyre（1998）的观点，我们假设这些恒星的辐射区的大部分是由于嵌入的大尺度原始场的存在而保持均匀旋转的，该原始场被从对流区向下涌来的大尺度纬向流限制在稳定分层的无磁速跃层之下。我们推导出简单的方程来描述该模型内部对表面层自旋下降的响应，这与MacGregor和Brenner（1991）的两区模型相同，耦合时标与速度跃层上的局部Eddington-Sweet时标成比例。这个时间尺度取决于恒星的自转速率和速跃层的厚度，根据恒星的性质，可以从几十万年到几个陀螺。模型的定性预测似乎与观测结果一致，但敏感地依赖于假设的速度跃层厚度对恒星自转速率的函数依赖性。
2014-01-05 astro-ph.SR
Flux Transport Dynamo coupled with a Fast Tachocline Scenario
速跃层在太阳发电机中起着重要的作用，它能产生和储存磁场。对速跃层的限制最合理的解释是由快速跃层模型给出的，在该模型中，速跃层被发电机产生的磁场的麦克斯韦应力引起的各向异性动量转移所限制。我们采用通量输运发电机模型，并结合该快速速度跃层模型的简单反馈公式，该公式基本上将速度跃层的厚度与麦克斯韦应力联系起来。我们发现，这种非线性耦合不仅产生了一个稳定的类太阳发电机的解决方案，但也有显着的纬向变化的速跃层厚度，这是与观测相一致。
2013-09-30 astro-ph.EP astro-ph.IM astro-ph.SR
The tachocline revisited
太阳速跃层是位于太阳对流层底部的剪切层。速跃层中的水平剪切可能是湍流，并且通常认为由于局部分层，这种湍流将是强烈的各向异性。然而，这种湍流在速跃层动力学中起着什么样的作用还有待确定。特别是，目前还不清楚它是否会导致湍流涡流扩散率，或反扩散率，或其他完全。在本文中，我们提出了第一个直接数值模拟的湍流水平剪切流在低普朗特数，在一个理想化的模型，忽略旋转和磁场。我们发现，存在几个制度，这取决于分层，粘度和热扩散率的相对重要性。我们的研究结果表明，速跃层是在分层的湍流制度，它具有非常具体的属性控制浮力，惯性和热扩散之间的平衡。
2020-04-05 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Power Spectrum Analysis of LMSU (Lomonosov Moscow State University) Nuclear Decay-Rate Data: Further Indication of r-Mode Oscillations in an Inner Solar Tachocline
本文介绍了一个功率谱分析的2,350测量的$^{90}$ Sr/ $^{90}$ Y衰变过程中获得的时间间隔2002年8月4日至2009年2月6日在罗蒙诺索夫莫斯科国立大学（LMSU）。正如我们在其他长衰变序列测量中所发现的那样，功率谱主要是由一个非常强的年度振荡所控制的。然而，我们也发现了一组低频峰，范围从0.26年$^{-1}$到3.98年$^{-1}$，这是非常相似的峰在威尔逊山太阳直径测量形成的功率谱阵列。威尔逊山的测量已被解释的r-模式振荡的恒星旋转频率为12.08年$^{-1}$的区域。我们发现，LMSU的测量也可能归因于相同类型的r-模式振荡的太阳区域具有相同的恒星旋转频率。我们建议，这些振荡发生在一个内部的速跃层，分离的辐射区从一个更慢的旋转太阳能核心。
2012-03-21 astro-ph.SR nucl-ex
Theory of magnetic flux tubes in strong fields and the phenomenon of dark matter axions identical to solar axions
本文从速跃层到太阳表面，发展了B~ 10 ^7 G的几乎空锚定磁通量管（MFT）理论的一般规律。该理论的主要结果是在速度跃层附近的MFT内形成太阳轴子和磁O环。在这个磁O-环（基于柯尔莫哥洛夫湍流级联）中，轴子被转换为光子，在速跃层附近产生轴子源光子。另一方面，来自辐射区的高能光子通过O环中的轴子-光子振荡在黑子下产生光子起源的轴子。这意味着在如此强的磁场下，MFT的Parker-Biermann冷却效应由于Parker对流热传输的“消失”而发展，并且因此，磁管的下部的温度借助于在速跃层附近的光子起源的轴子而发展。结果，轴子起源的光子从速跃层到光球层打开了一条自由路径！我们表明，从辐射区通过的高能光子变成轴子，这几乎完全消除了几乎空的MFT的辐射加热。来自辐射区的一定通量的光子通过速跃层，借助于对流加热穿过强磁管的“环”。它允许确定速度和寿命的MFT重联之前，从速跃层到太阳表面，以及速度跃层附近的MFT重联率。最后，我们表明，太阳黑子周期的形成是暗物质-太阳轴子在太阳核心的表现，其调制控制的11年调制的非对称暗物质密度在太阳内部。
2022-03-13 astro-ph.SR hep-ph
Shear-driven magnetic buoyancy in the solar tachocline: The mean electromotive force due to rotation
太阳磁周期的主要理论范例是一个$αω$ -发电机过程，其中差动旋转和湍流螺旋流的组合产生了每11年反转一次的大规模磁场。大多数$αω$太阳发电机模型依赖于太阳速跃层中的差异旋转来产生强的环向场。这样的模型中最有问题的部分是通过一个被称为$α$效应的过程产生大尺度极向场。虽然这通常归因于旋转影响下的小尺度对流运动，但这种再生过程的效率受到一些数值模拟的质疑。出于可能的条件内的速跃层，本文的目的是调查的极向场再生的替代机制，即在剪切产生的，旋转的磁性层的磁浮力不稳定性。我们使用一个局部的，完全可压缩的模型，其中施加的垂直剪切风了最初的垂直磁场。磁场最终变得非常不稳定，我们测量由此产生的平均电动势（EMF）。对于足够快的旋转，我们发现，平均电动势的一个重要组成部分是对齐的平均磁场的方向，这是典型的$αω$ -发电机模型的特征。因此，我们的研究结果表明，磁浮力可能直接有助于产生大规模的极向场在太阳。
2023-01-12 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Comment on "The influence of planetary attractions on the solar tachocline" by Callebaut, de Jager and Duhau
Callebaut等人（2012）声称，Sjutta（2010）关于20年和60年温度周期与木星和土星轨道运动之间的相关性的结果没有得到Humlum等人（2011）的证实，这是错误的，严重误导。Callebaut等人（2012）的绝对主张，即行星对太阳的影响应该被排除为太阳变化的可能原因，这并不是决定性的，因为：（1）他们的计算是基于简单的经典牛顿分析力学，并没有完全描述太阳物理学;（2）太阳变化的行星理论得到了经验发现的支持。我们发现，这两种说法已经在科学文献中受到质疑。
2013-04-07 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.geo-ph
Theories of the solar cycle : a critical view
一些既定的太阳磁周期的观点进行了批判性的讨论，重点放在两个方面的核心大多数模型：对流湍流的作用，和“速跃层”的对流区的基础上的作用。把太阳活动周期看作对流和磁场之间相互作用的表现的标准观点是错误的。太阳周期的主要成分，除了差异旋转，是相反的浮力不稳定性的磁场本身。这种关于太阳活动周期的物理学观点在20世纪50年代就已经确立，但在数学上已经被平均场湍流形式主义所掩盖，这些形式主义与观测联系不好，并且存在严重的理论问题。这种发展的文学史进行了批判性的讨论。目前假定太阳活动周期的磁场源位于“速斜带”：对流区底部的剪切带。虽然周期的方位场确实最有可能位于对流区的底部，但它不能像这些模型中假设的那样由速跃层的径向剪切提供动力，因为辐射内部不支持显著的剪切应力。相反，它必须由对流区旋转速率的纬度梯度提供动力，就像太阳周期的早期模型一样。未来可能的研究方向进行了简要讨论。
2010-04-26 astro-ph.SR
Tidally Forced Planetary Waves in the Tachocline of Solar-like Stars
行星所在的类太阳恒星中的大气波能否与潮汐力产生实质性共振？在很大程度上影响空间天气，甚至与动力相关？特别是，低频Rossby波，这已被发现在太阳近地表层，是注定在响应太阳黑子周期尺度的扰动。在本文中，我们试图解决这些问题，因为我们制定了一个强迫波模型的速跃层，这被广泛认为是几个磁流体动力学行星波的发源地，即，Rossby，惯性重力（庞加莱），开尔文，阿尔文和重力波。速跃层被建模为一个浅的等离子体大气与有效的自由表面上，我们描述内的笛卡尔$β$平面近似。作为一个新颖的以前的研究，我们配备了一个保守的潮汐势和线性摩擦定律的控制方程来考虑耗散。我们将线性化的控制方程组合成一个解耦的波动方程，这使得分析变得容易。分析结果，并讨论了几个有趣的自由，阻尼和强迫波限制中纬度和赤道被困波。对于理想化的情况下，一个单一的潮汐发电机构的圆形轨道，我们推导出一个明确的解析解，我们适用于我们的太阳估计领先的顺序响应木星。我们的分析表明，Rossby波共振低频扰动可能会达到相当大的速度振幅的顺序$10^1 - 10^2\, {\rm cm}\, {\rm s}^{-1}$，然而，强烈依赖于尚未未知的总耗散。
2022-08-01 astro-ph.SR physics.flu-dyn
A Babcock-Leighton-type Solar Dynamo Operating in the Bulk of the Convection Zone
在大多数Babcock-Leighton（BL）型太阳发电机模型中，环向磁场被假定产生于速跃层中，其中极向场是由太阳黑子群的出现和随后的消散产生的。然而，磁活动的充分对流的恒星和MHD模拟的全球恒星对流最近提出了严重的怀疑，在产生的环向场的速跃层的重要性。在这项研究中，我们的目标是开发一个新的BL型发电机模型，其中发电机主要在对流区的大部分内运行。我们的二维模型包括太阳的差异旋转，单细胞的纬向流，近表面的径向泵，强湍流扩散，BL型极向源，和非线性反作用的磁场的源与垂直的外边界条件的影响。该模型导致一个简单的偶极配置的极向场，具有主导的纬向分量，这是由纬向剪切内的对流区的大部分，以产生的环形磁通量卷起。因此，速跃层在模型中的作用可以忽略不计。该模型再现了太阳活动周期的基本特性，包括：（a）大约11年的周期和18年的延长周期;（b）反对称环向场从高纬度开始向赤道方向传播;（c）与观测结果一致的极场演变。我们的模型打开了一个范式转变的可能性，在理解太阳周期过渡到经典的通量传输发电机。
2022-04-29 astro-ph.SR
A Model of Magnetic Braking of Solar Rotation That Satisfies Observational Constraints
对Charbonneau & MacGregor（1993）提出的太阳自转磁制动模型进行了修正，使之能够在不与其它观测约束相冲突的情况下，首次再现不同年龄疏散星团中太阳型恒星中最快和最慢自转星的自转演化。如太阳孪晶中大气Li丰度的时间演化和太阳速跃层的薄度。这个新的模型假设旋转驱动的湍流扩散，这被认为是放大恒星辐射区的粘度和磁扩散率，是强烈的各向异性的水平分量的传输系数强烈主导的垂直方向。还考虑到极向场衰减，有助于限制速度跃层的宽度在太阳年龄。利用有限元法数值求解二维动量和磁感耦合方程的方位分量，研究了该模型的性质
2010-02-11 astro-ph.SR
Impact of MHD Turbulence on Thermal Wind Balance in the Sun
利用线性和非线性理论结合物理参数研究了磁旋转不稳定性（MRI）及其驱动的MHD湍流在太阳内部的可能作用，提供了由日震观测反演的太阳自转廓线和太阳内部结构的标准模型。我们发现，磁共振成像场地仅限于高纬度速跃层和低纬度近地表剪切层。特别有趣的是，在速跃层周围的MRI活跃区域与指示太阳中的热成风平衡所需的急剧熵上升的区域紧密重叠。这表明MRI驱动的湍流通过异常的湍流加热和向赤道的角动量输送在维持太阳热成风平衡方面起着至关重要的作用。在速跃层周围存在的暖极可能是MRI激发的湍流活动的自然结果。
2010-11-11 astro-ph.SR
Local stability of differential rotation in magnetised radiation zones and the solar tachocline
本研究通过笛卡尔Boussinesq模型分析恒星行星磁化辐射区较差自转的MHD不稳定性，推导磁场下的稳定性判据，发现MRI比GSF不稳定性更易触发且主导太阳差旋层湍流输运。
2024-10-09 astro-ph.EP astro-ph.SR
Axion mechanism of Sun luminosity: light shining through the solar radiation zone
结果表明，太阳亮度的轴子机制假说是物理上相关的，即太阳轴子粒子诞生于太阳的核心，在太阳超冲速跃层的磁场中可以有效地转换回$γ$ -量子.结果还表明，由速跃层中的磁场变化引起的轴子起源的$γ$ -量子的强度变化，直接引起太阳光度%和太阳总辐照度（TSI）的变化，并最终表征太阳的活动和平静状态.在这个机制的框架内，我们得到了轴子与光子耦合强度（$g_{a γ} = 3.6 \cdot 10^{-11} GeV^{-1}$）和强子轴子粒子质量（$m_a \sim 2.3 \cdot 10^{-2} eV$）的估计。它还表明，声称的轴子参数不矛盾任何已知的实验和理论模型独立的限制。
2014-12-15 astro-ph.SR
Further Evidence Suggestive of a Solar Influence on Nuclear Decay Rates
最近对核衰变数据的分析显示出了暗示太阳影响的变化的证据。对布鲁克海文国家实验室（BNL）和联邦物理技术研究所（PTB）获得的数据集的分析都显示出年周期性和恒星频率在12.25年左右的周期性（我们估计的显著性水平为10^{-17}）。值得注意的是，这意味着旋转速率低于太阳辐射区的旋转速率，暗示太阳核心旋转缓慢。这使我们假设，可能有一个“内速跃层”分离的核心从辐射区，类似于“外速跃层”分离的辐射区从对流区。Rieger周期（其周期约为154天，对应于2.37年^{-1}的频率）可归因于位于外速跃层中的球谐指数l=3，m=1的r型振荡。这表明，我们可以通过搜索BNL和PTB数据来检验太阳对核衰变速率的影响的假设，以寻找在内部速跃层中的“类Rieger”r模式振荡（l=3，m=1）的证据。估计这种振荡的适当搜索波段为2.00-2.28年^{-1}。我们发现，在这两个数据集，在2.11年^{-1}的周期性的强有力的证据。我们估计偶然获得这些结果的概率为10^{-12}。
2011-05-16 astro-ph.SR nucl-ex
Understanding solar torsional oscillations from global dynamo models
太阳“扭转振荡”（TO）现象代表了与太阳活动周期相关的迁移性纬向流。根据日震学，这些流动在太阳表面被观测到，并延伸穿过对流区。我们研究的起源的TO使用的结果，从全球MHD模拟的太阳内部再现几个观察到的特征的平均流量和磁场。我们的研究结果表明，在速跃层区域的磁张力（MT）是一个关键因素的角动量输运的周期性变化，导致TO。由MT在对流区底部引起的扭矩在两极为正，在赤道为负。在高纬度地区，MT扭矩的上升会导致两极加速，而在低纬度地区，负MT扭矩的下降会导致赤道减速。纬向流的这些变化通过对流区传播到表面。此外，我们的研究结果表明，它是在速跃层的磁场，调制的振幅的表面纬向流，而不是相反的假设通量运输发电机模型的太阳周期。
2016-08-26 astro-ph.SR
Phase-mixing of acoustic waves: From the solar tachocline to marine vessel hydroacoustics
University of Salford（索尔福德大学）
本文通过磁流体力学波相位混合范式研究声波在横向声速梯度介质中的传播与阻尼，发现新的标度律，并成功解释太阳差旋层中低阶p模线宽异常，同时为工程隐身涂层设计提供策略。
2026-08-27 astro-ph.SR physics.ao-ph physics.plasm-ph
3D Global MHD Modeling of Solar Subsurface Convection
在全球EULAG-MHD解算器中测试了各种太阳次表面层结模型，以模拟不同的近地表对流传输制度。在模式（$ r > 0.95~R_{\odot}$）的表面改变次和超能力，以抑制或增强对流流速，从而研究近地层对全球动力学的影响。表面对流率增加的一个主要后果似乎是角动量分布的显着改变，特别是在转速跃层以下，旋转频率主要在高纬度地区增加。这些流体动力学的变化对应于目前的螺旋度在这个稳定层（$r<0.72R_{\odot}$）的发展大的转变，显着改变其对生成的极向和环向场在速跃层及以下的影响，作为一个主要的贡献者对发电机周期的过渡。增强的近地表流速表现在蝴蝶图中的环向场（$B_ϕ$）的全球移动-从南北对称模式到交错反对称出现。
2019-11-18 astro-ph.SR
The Sun's meridional circulation and interior magnetic field
迄今为止，没有自洽的数值模拟的太阳内部已经成功地再现了观测到的薄的太阳速跃层，和持久的均匀旋转下it.Although它是已知的，均匀旋转可以解释的存在一个全球规模的限制磁场，数值模拟迄今未能产生任何解决方案，这样的字段仍然限制向外扩散。我们认为，问题在于这些数值模拟已经进行了参数的选择。我们构建了一个简单的分析磁流体动力学模型的太阳内部，并确定了几个不同的参数制度。对于现实的太阳参数值，我们的结果是广泛的协议与Gough & McIntyre的速跃层模型。在这种情况下，在对流区底部驱动的涡旋流具有足够的幅度来阻止内部磁场扩散。对于现有的数值模拟中使用的参数值，另一方面，我们发现，双曲流动显着较弱，我们认为，无法限制的内部字段。我们提出了一种方法来选择参数值在未来的数值模型。
2011-06-26 astro-ph.SR
Axion mechanism of the Sun luminosity and solar dynamo - geodynamo connection
结果表明，太阳速跃层（对流层底部）磁场环向分量的时间变化与地球磁场（Y分量）的时间变化存在较强的负相关关系。假设的太阳轴子在外部电场或磁场中能转化为光子（逆普里马科夫效应），它可能是太阳对流带磁场调制地球磁场的工具。我们提出了太阳光度的轴子机制和“太阳发电机-地球发电机”的联系，其中57 Fe核M1跃迁发射的太阳轴子的能量首先受到太阳速跃层磁场的调制（由于逆相干普里马科夫效应），之后是地球核心吸收的共振，从而起到能源和地球磁场调制器的作用。在这个机制的框架内，我们估计了轴子与光子的耦合强度（ga_gamma约为1.64*10^-9 GeV^-1）、轴子与核子的耦合强度（ga_gamma_eff约为10^-5）和轴子质量（ma约为30 eV）。
2010-11-15 astro-ph.SR physics.geo-ph
Incorporating Velocity Shear into the Magneto-Boussinesq Approximation
出于考虑太阳速跃层，我们推导出，通过渐近过程，一组新的方程，将速度剪切和磁浮力到Boussinesq近似。通过增加磁场标度高度，我们证明了这些方程是如何与Spiegel和Weiss（1982）的磁Boussinesq方程相联系的。
2014-04-11 astro-ph.SR
