The magnetic helicity density patterns from non-axisymmetric solar dynamo
在本文中，我们研究的螺旋度密度图案，这可能会导致从新兴的双极区。利用相应的发电机模型和磁螺旋度守恒定律，我们发现双极区周围的螺旋度密度分布依赖于周围大尺度磁场的位形，一般呈现四极分布。该图案相对于赤道的位置可以取决于双极区域的倾斜。计算了螺旋度密度演化的时纬图。双极区的纵向平均效应显示每个半球的密度分布有两个符号带。类似的螺旋度密度模式提供了从新兴的双极区的螺旋度密度通量进行表面差异旋转。考察了双极区螺旋度通量对大尺度发电机的影响，发现它对发电机饱和的影响可以忽略不计。
2020-12-09 astro-ph.SR
Magnetic helicity in non-axisymmetric mean-field solar dynamo
本文讨论了非线性、非轴对称平均场太阳发电机模型中磁螺旋度守恒的影响。本文研究了太阳对流区浅层非轴对称磁场扰动的演化，扰动强度约为10 G。发电机的演变从纯轴对称阶段，通过短（约2年）的瞬态阶段时，非轴对称m=1发电机模式占主导地位的最后阶段，在那里的轴对称的发电机几乎恢复。结果表明，在瞬态阶段，磁螺旋度在谱空间上来回传递。我们的模拟还表明，非轴对称分布的磁螺旋度趋向于遵循海尔极性规则的区域。
2016-01-20 astro-ph.SR
The critical role of magnetic helicity in astrophysical large-scale dynamos
回顾了磁螺旋度在天体物理学大尺度发电机中的作用，并与没有能量供应和初始磁场只能衰减的情况进行了比较。在这两种情况下，磁能往往会重新分布到更大的尺度上。根据磁螺旋度通量的效率，螺旋场的衰减可以加速。同样，螺旋发电机的饱和可以通过磁螺旋度通量来加速。这些过程在天体物理学上的重要性在太阳发电机的背景下进行了评述，并给出了磁螺旋度通量的估计上限为10^46 Mx^2/周。
2009-09-24 astro-ph.SR
Cross helicity and related dynamo
湍流交叉螺旋度直接关系到平均涡度的电动势和平均磁场应变的雷诺应力张量的耦合系数。这表明，交叉螺旋效应是重要的情况下，全球不均匀的流动和磁场结构。由于这种大尺度结构在地球/天体物理现象中普遍存在，交叉螺旋度效应有望在地球/天体物理流动中发挥重要作用。在湍流交叉螺旋度的存在下，平均涡旋运动对湍流电动势有贡献。由于这种效应产生的磁场被称为交叉螺旋发电机。介绍了交叉螺旋发电机的几个特点。与螺旋度或$α$效应中${\bf{J}}$与湍流电动势中的${\bf{B}}$对齐的情况不同，我们通常在交叉螺旋度发电机中具有有限的平均场洛伦兹力${\bf{J}} \times {\bf{B}}$。这给出了交叉螺旋度效应的一个显著特征。通过在动量方程中考虑交叉螺旋度的影响，我们看到了这种影响的几个有趣的结果。与平均磁剪切耦合的湍流交叉螺旋度减小了湍流或涡动粘性的影响。流动诱导是这种效应的一个重要结果。交叉螺旋发电机的一个关键问题是研究如何以及有多少交叉螺旋可以在湍流中存在。在交叉螺旋度输运方程的基础上，讨论了交叉螺旋度输运的产生机制。一些最近的事态发展，在数值验证的基本概念的交叉螺旋发电机。
2013-06-26 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
Magnetic helicity fluxes in alpha Omega dynamos
在湍流发电机中，大尺度磁场的产生伴随着磁螺旋度在尺度上的分离。大规模和小规模的部分在数量上增加。小规模的部分，最终可以对发电机和淬火，特别是在高磁雷诺数。本文提出了一个发电机的一维平均场模型，其中域内的扩散磁螺旋度通量是重要的。事实证明，这种效应有助于缓解淬火。在这里，我们表明，内部磁螺旋通量，即使在一个半球，可以是重要的，以减轻灾难性的淬火。
2011-08-23 astro-ph.SR
Helicity conservation in nonlinear mean-field solar dynamo
我们使用包含次表层剪切的轴对称发电机模型来探讨磁螺旋度守恒对平均场太阳发电机的影响。我们的研究结果支持了Hubbard & Brandenburg（2012）最近的发现，他们认为如果考虑到总磁螺旋度守恒，平均场发电机中的灾难性淬灭会得到缓解。我们表明，太阳发电机可以在磁雷诺数高达$10^{6}$的宽范围内运行。我们还发现，磁螺旋度的边界条件影响的$α$ -效应的分布在太阳表面附近。
2012-11-11 astro-ph.GA astro-ph.SR
The origin and effect of hemispheric helicity imbalance in solar dynamo
本文研究了半球磁螺旋度密度不平衡对发电机产生的大尺度磁场赤道反射对称性破缺的影响。我们的研究采用轴对称发电机模型，该模型考虑了磁螺旋度守恒的非线性效应。我们发现，净磁螺旋度密度的演变，换句话说，磁螺旋度不平衡，在表面上遵循的大尺度磁场的宇称的演变。$α$效应和螺旋度通量的随机波动可以逆转因果关系，即，磁螺旋度不平衡或磁螺旋度通量的不平衡可以驱动磁宇称破缺。我们还发现，小尺度场的净磁螺旋度的演化与大尺度场的净磁螺旋度的演化有一定的滞后。我们将其解释为太阳大尺度和小尺度的磁螺旋度通量差异的影响。
2020-01-31 astro-ph.SR
Mean field dynamo action in shear flows. I: fixed kinetic helicity
本文利用具有固定动力学螺旋度和非零关联时间的脉冲更新流（$τ$）研究了背景线性剪切流中的平均场发电机作用。我们使用平面剪切波作为由Singh \& Sridhar（2017）导出的Navier-Stokes方程的时间相关精确解。这使我们能够自洽地包括剪切对随机流的各向异性影响。我们确定了控制平均磁场演化的平均响应张量，并研究了其特征值的性质，这些特征值产生了平均磁场的增长率（$γ$）和周期（$P_{\rm cyc}$）.平均磁场的非轴对称模式衰减为$t \to \infty$，因此被认为对平均场发电机不重要。当$τ$与涡流周转时间$T$相当时，$γ$和对应于最快增长轴对称模式的波数都随剪切速率$S$非单调变化，在这种情况下，我们还发现当剪切变得太强时发电机的淬火。当$τ/T\sim{\cal O}(1)$时，增长发电机波的周期（$P_{\rm cyc}$）与剪切成比例，在小剪切时为$P_{\rm cyc} \propto |S|^{-1}$，当剪切太强时，它变得几乎与剪切无关，这种在弱剪切和强剪切下的渐近行为对最近观测到的恒星磁活动周期有意义。因此，我们的研究基本上概括了标准的$αΩ$（或$α^2Ω$）发电机的$α$效应也受到剪切和建模的随机流具有有限的记忆。
2020-05-12 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Unappreciated cross-helicity effects in plasma physics: Anti-diffusion effects in dynamo and momentum transport
利用多尺度重整化微扰展开分析方法，研究了磁流体湍流中的交叉螺旋度（速度-磁场关联）效应对磁场感应和动量输运的影响。该理论的轮廓是参照速度和磁场之间的交叉相互作用的响应函数的作用。在这个公式中，湍流通量的表达式：湍流电动势（EMF）的平均感应方程和雷诺应力和湍流麦克斯韦应力的动量方程。与电动势的表达式相关，讨论了发电机中交叉螺旋度效应以及其他发电机效应的物理起源。为了理解湍流交叉螺旋度的实际作用，考虑了它的输运方程。通过实例讨论了交叉螺旋度的几种产生机制。在交叉螺旋度产生机制的基础上，讨论了交叉螺旋度在恒星发电机中的作用。交叉螺旋度的动量输送和全球流动的产生中的作用进行了论证。回顾了快速重联中湍流效应的特征，特别强调了交叉螺旋度在有效电阻率局部化中的作用。最后，一个注释是解决的方法，阐明了结构的生成和维持在非常强的湍流。需要一个适当的反扩散效应公式，它与通常的扩散效应相反。与传统的启发式模型相比，基于这种解析公式的湍流模型方法也被认为是。自洽框架处理的平均场和湍流之间的非线性相互作用的重要性，以及强调。
2023-03-03 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Generation of large-scale magnetic field in convective full-sphere cross-helicity dynamo
本文研究了周期为10天的0.3M恒星的全球大尺度平均场发电机模型中交叉螺旋度的影响。在探讨几种由交叉螺旋度产生效应引起的发电机情景时，我们发现交叉螺旋度为大尺度轴对称和非轴对称磁场提供了自然产生机制。因此，具有对流包层的旋转恒星可以产生仅由湍流交叉螺旋效应产生的大尺度磁场（我们称之为γ 2发电机）。使用平均场模型，我们比较了大规模的磁场组织，源于发电机机制的基础上的动力学（与α 2发电机）和交叉螺旋的属性。对于完全对流的恒星，这两种产生机制都可以维持大尺度发电机，即使在恒星内部的固体旋转规律。当交叉螺旋度和α效应相互独立时，非轴对称磁位形变得更好。这对应于纯γ 2或α 2发电机的情况。这些情景的组合，即，γ 2 α 2发电机最好能产生轴对称、偶极状磁场，其强度为几千克。因此，我们发现了一个新的发电机方案，它能够产生轴对称的磁场，即使在固体旋转的情况下的恒星。我们讨论了我们的研究结果恒星观测的可能应用。
2018-02-14 astro-ph.EP astro-ph.SR
Current helicity of active regions as a tracer of large-scale solar magnetic helicity
我们证明了在太阳活动区观测到的电流螺旋度跟踪大尺度发电机产生的磁场的螺旋度。我们使用一个先进的二维平均场发电机模型与发电机饱和的基础上的演变的磁螺旋度和代数淬火。为了比较，我们还研究了一个更基本的二维平均场发电机模型与简单的代数α淬火。利用这些数值模型，我们得到了小尺度电流螺旋度和大尺度磁螺旋度的蝶形图，并与观测得到的活动区电流螺旋度蝶形图进行了比较。这种比较表明，目前的螺旋度的活动区，估计由$-{\bf A \cdot B}$评估的深度，从活动区的出现，类似于观测数据比小尺度的电流螺旋度直接计算的螺旋度演变方程。这里，${\bf B}$和${\bf A}$分别是发电机产生的平均磁场及其矢势。给出了这些结果的理论解释。
2012-04-25 astro-ph.SR
The magnetic helicity driven solar-type dynamo
Institute for Solar-Terrrestrial Physics（太阳地球物理研究所）
本研究发现由磁能驱动的太阳型发电机机制，表明大尺度涡旋和波动磁场在恒星对流区内的发电机中起关键作用。
2026-01-12 astro-ph.SR
The kinetic helicity needed to drive large-scale dynamos
当湍流是螺旋形的并且如果畴足够大以使$α$效应支配湍流扩散时，已知通过所谓的$α$效应可以在与湍流涡旋的尺度相比更大的尺度上产生磁场。使用三维湍流模拟，我们表明，所产生的平均磁场的饱和状态的能量与归一化螺旋度的产品和域尺度的比值，以涡尺度线性增加，提供这个产品超过一个临界值的团结。这意味着，大规模的发电机行动开始时，归一化的螺旋度大于反尺度比。我们的研究结果表明，小规模发电机行动的出现并没有任何显着的影响，大规模发电机。Pietarila Graham等人（2012，Phys. Rev. E85，066406）最近发现的较小的最小螺旋度可能是由于在大磁雷诺数下小尺度发电机作用的开始而引起的伪影。然而，当动力学螺旋度很小时，大规模发电机作用的开始是难以建立的。他们使用了具有时间相关相位的ABC流，而不是随机强迫。我们表明，这种发电机饱和过早的方式，让人想起内部磁螺旋通量的非均匀发电机。此外，即使对于非常低的分数螺旋度，这样的发电机显示大规模的领域，改变方向，这是不典型的湍流发电机。
2013-11-15 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Magnetic helicity fluxes in dynamos from rotating inhomogeneous turbulence
本文通过直接数值模拟研究了旋转非均匀湍流中的大规模发电机，发现剪切引起的半球小尺度磁螺旋度流能缓解灾难性发电机淬灭，使平均磁场独立于磁雷诺数。
2025-05-01 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.flu-dyn
Paradigm shifts in solar dynamo modeling
太阳发电机理论的选定主题正在突出。近地表剪切层的可能相关性进行了讨论。湍流向下泵送的作用与先前的关注有关，即发电机产生的磁场会因磁浮力而迅速从对流区消失。有人认为，剪切介导的小尺度磁螺旋度通量是负责最近的一些大规模发电机模拟的成功。这些通量有助于处理多余的小尺度磁螺旋度。这种小尺度的磁螺旋度，反过来，是在响应生产的整体倾斜在每个帕克环。本文对均匀切变系统的螺旋度通量作了初步计算。在太阳中，磁螺旋通量的影响可以在日冕物质抛射中看到，它会释放出大量的磁螺旋。
2009-05-09 astro-ph.SR
Helicity inversion in spherical convection as a means for equatorward dynamo wave propagation
我们在这里讨论一个纯粹的流体动力学机制来反转的动力学螺旋度，这起着关键作用，在大多数模型的发电机行动旋转对流的周期性磁性的传播方向确定的符号。这种传播为发电机模型提供了一个突出而令人困惑的约束。在太阳中，活动区域首先出现在中纬度地区，然后在一个周期的过程中出现在赤道附近，但大多数以前的全球规模发电机模拟都显示出向极传播（如果它们是周期性的话）。在这里，我们强调一些模拟中，发电机波的传播方向主要是改变了整个大部分的内部的动力学螺旋度的反转，而不是由差异旋转的变化。这往往发生在具有低普朗特数和内部加热的情况下，在局部密度梯度相对较小的区域中。我们分析了这种逆温是如何产生的，并将其与对流的情况进行了对比，对流要么是高度柱状的（即，在这两种情况下，动力螺旋度的典型廓线（北半球大部分地区为负值）反而占主导地位。
2015-12-03 astro-ph.SR
Helicity Fluxes and Hemispheric Helicity Rule of Active Regions Emerging from the Convection Zone Dynamo
本研究利用三维非线性平均场太阳发电机模型，探究对流区浮现的双极磁区的螺旋度通量等参数，明确了不同演化阶段螺旋度通量的主导来源，为理解太阳活动区半球螺旋度规则提供了依据。
2025-08-01 astro-ph.SR
Small-scale magnetic helicity losses from a mean-field dynamo
使用平均场模型与动态淬火形式主义，我们表明，在有限域磁螺旋通量与小尺度磁场能够减轻灾难性的淬火。我们认为，无论是从平流的平均流量，湍流混合的平均小尺度磁螺旋度浓度的梯度，或明确的删除，这可能与太阳中的日冕物质抛射的影响，导致通量。在没有剪切的情况下，所有的小尺度磁螺旋度通量被发现是同样强的大尺度和小尺度领域。在剪切的存在下，也有一个额外的磁螺旋通量与平均场，但这种通量并不能减轻灾难性的淬火。在发电机活跃区之外，既没有磁螺旋度的源也没有磁螺旋度的汇，因此在稳定状态下，这种通量必须是恒定的。结果表明，非物理行为出现，如果小尺度磁螺旋度通量被迫消失在计算域。
2009-05-03 astro-ph.SR
Catastrophic quenching in alpha-Omega dynamos revisited
在大的磁雷诺数下，磁螺旋度的演化在天体物理的大尺度发电机中起着重要的作用。对这一事实的认识导致了动态α淬火形式主义的发展，它预测了开放系统中灾难性的低平均场。在这里，我们表明，在振荡的α-欧米茄发电机，这种形式主义预测非物理磁螺旋度尺度之间的转移。另一种技术，提出了这种人工制品被删除，通过使用的发展方程的磁场螺旋度的总场在剪切-平流规范。在传统的动力学α猝灭形式主义中，这可以被描述为小尺度场的额外的磁螺旋通量，这在均匀α平方发电机中不会出现。在阿尔法-欧米茄发电机，替代形式主义，导致更大的饱和领域比以前获得的传统形式主义。
2012-03-07 astro-ph.SR
Magnetic helicity fluxes in interface and flux transport dynamos
太阳和其他天体中的发电机倾向于产生磁场，这些磁场在大尺度和小尺度上分别具有相反符号的磁螺旋度。在小尺度上磁螺旋度的积累提供了一个重要的饱和机制。为了理解太阳发电机的本质，我们需要了解球面几何中饱和机制的细节。特别是，我们想了解的影响，磁螺旋度通量的湍流和纬向环流。我们考虑一个模型，只是径向剪切局限于一个薄层（速跃层）在对流区的底部。由于螺旋湍流的动力学α被假定为局部化在对流区上方的区域中。动力学淬火形式主义是用来描述的平均磁螺旋度的模型中，这导致在一个反馈的动力学α效应的磁α效应的建立。在某些情况下，我们使用一个简单的代数α淬火公式得到的结果进行比较。与早期的研究结果一致，在动态α淬火形式主义的磁α效应具有相反的符号相比，动力学α效应，并导致灾难性的减少，随着磁雷诺数的饱和磁场强度。然而，在高纬度地区，由于α的符号相反，这种猝灭效应会导致二次发电机波向极地传播。来自湍流混合和涡旋环流的磁螺旋度通量减轻了灾难性的猝灭。
2010-05-28 astro-ph.SR
Magnetic helicity fluxes and their effect on stellar dynamos
我们研究了磁场驱动的α ^2发电机中的磁螺旋度通量，以证明它们能够减轻灾难性的猝灭。使用一维平均场形式来获得10^5量级的磁雷诺数。我们研究了通过中平面的扩散磁螺旋度通量以及最近提出的交替动态淬火形式主义。通过加入剪切力，我们对发生发电机作用的剪切力和强迫力参数的临界值进行了参数扫描。对于这个$αΩ$发电机，我们发现首选模式关于中平面反对称。这也验证了在3-D直接数值模拟。
2012-01-16 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Magnetic Helicity Reversals in a Cyclic Convective Dynamo
我们研究的作用，磁螺旋度在促进循环磁活动的全球，三维，磁流体动力学（MHD）模拟的对流发电机。该模拟的特点是对流区内存在的环形场的相干带，在南北半球具有相反的极性。在整个周期的大部分时间里，这些带的磁螺旋度在北半球是负的，在南半球是正的。然而，在每个周期的下降阶段，这个半球规则逆转。我们把这归因于一个全球性的重组的磁拓扑结构，这是由跨赤道的带的相互作用引起的。这种带的相互作用似乎是最终负责，或至少与，衰减和随后的逆转的环形带和极场。我们简要地讨论了这些结果的太阳观测的背景下，这也表明了一些潜在的证据环带相互作用和螺旋度反转的影响。
2016-05-31 astro-ph.SR
Helicity and dynamo action in magnetized stellar radiation zones
计算了恒星辐射区环形磁场的非轴对称泰勒不稳定性驱动的螺旋度和α效应。在线性近似中，纯环向场总是激发具有相同增长率但具有相反螺旋度的模对，使得净螺旋度消失。如果磁场背景场具有额外（弱）极向分量的螺旋结构，则其中一种模式占主导地位，产生与背景场当前螺旋度相关的净动力学螺旋度。计算了平均电动势，结果表明，最快增长模的α效应与背景场的电流螺旋度同号。发现α效应太小而不能驱动α^{2}发电机，但对于弱极向场，αΩ发电机的激励条件可以满足。此外，如果发电机通过磁不稳定性产生它自己的α效应，那么它的符号就不会出现问题。然而，在所有情况下，α效应都表现出极强的集中，因此可能的αΩ发电机可能只在极区工作。因此，我们的线性理论的结果导致了一个新的拓扑问题的存在的大规模发电机在恒星辐射区的电流驱动的不稳定性的基础上。
2011-07-13 astro-ph.EP astro-ph.HE astro-ph.SR
Magnetic helicity fluxes in an alpha-squared dynamo embedded in a halo
我们提出的强迫湍流在板的平均动力学螺旋度有一个最大的中平面附近的模拟结果，产生梯度的大小尺度场的磁螺旋度。我们还研究了系统，有不良的传导缓冲区远离中平面，以评估边界的影响。动力学α猝灭现象要求小尺度场的磁螺旋度接近一个近似静态的、规范无关的态。应力测试这种稳定状态的条件，我们选择了一个系统的动力学螺旋度的统一标志，使总磁螺旋度可以达到一个稳定状态值，只有通过通量通过边界，这本身是抑制的速度边界条件。即使这样的设置，小尺度的磁螺旋度被发现达到一个稳定的状态。与以前的工作一致，小尺度场的磁螺旋度通量被发现是有害扩散的。通过比较有和没有晕的结果，我们表明，在边界上的磁螺旋度的人为约束没有显着的影响的演变的磁螺旋度，除了“软”（晕）边界条件给出了较低的能量的饱和平均磁场。
2010-04-26 astro-ph.SR
Magnetic dynamo action at low magnetic Prandtl numbers
本文研究了小磁普朗特数区域中运动学湍流发电机作用对磁场的放大作用。这样的制度是相关的行星和恒星内部，以及液态金属实验室实验。Kazantsev Kraichnan模型的基础上，建立发电机阈值和发电机增长率的湍流波动的不同动力学螺旋度的全面分析。有人建议，在对比的情况下，大磁普朗特数，在小磁普朗特数的运动发电机行动的显着影响的动力学螺旋度，它可以是相当有效的螺旋度谱的适当选择。
2010-10-31 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
Shear-driven and diffusive helicity fluxes in alpha-Omega dynamos
我们提出了非线性平均场α-欧米茄发电机模拟在球形几何形状的简化配置文件的运动学α效应和剪切。我们考虑到磁螺旋度的演变，通过求解一个动力学方程的磁α效应。这给出了一个一致的平均场发电机模型中的猝灭机制的描述。这项工作的主要目标是探索这种淬灭机制在类太阳几何形状的影响，特别是调查的作用，磁螺旋通量，特别是扩散和Vishniac-Cho（VC）通量，在大的磁雷诺数（Rm）。对于具有负径向切变或正纬向切变的模型，磁α效应在北（南）半球主要具有负（正）符号。在没有磁通量的情况下，我们发现磁能与Rm^-1有关，这在以前的工作中已经发现。这种灾难性的猝灭在具有扩散磁螺旋度通量的模型中得到了缓解，即使在Rm= 10 ^7的情况下，这种扩散磁螺旋度通量也能产生与均分值相当的磁场。另一方面，具有剪切驱动的Vishniac-Cho通量的模型显示出相对于没有通量的模型，磁场的幅度增加，但仅限于Rm<10 ^4。这主要是假设太阳外存在真空的结果，真空不能支持大量的VC通量穿过边界。然而，与扩散磁通相比，VC磁通改变了磁场的分布。此外，如果VC通量的表达式中的一个不确定的比例因子足够大，亚临界发电机行动是可能的，这是由剪切和当前螺旋度通量的发散的作用驱动。
2010-05-26 astro-ph.SR
Advances in mean-field dynamo theory and applications to astrophysical turbulence
本文综述了平均场论的最新进展，并讨论了平均场理论在太阳、晚型恒星、吸积盘、星系和早期宇宙中的应用。我们特别关注时空非局部性方面，这是一个主要的见解，出现了从应用测试场方法到不同长度和时间尺度的磁场。我们还回顾了非线性淬火的地位和磁螺旋度的关系，这是一个重要的现代太阳发电机理论的观测诊断。太阳和一些恒星发电机似乎都在一个尚未成功建模的中间状态下运行。这一机制的一端是类似反太阳的差异自转，另一端是属于超活跃恒星的恒星活动周期。模拟这种制度的困难可能与模拟太阳/恒星对流的缺点有关。在银河系和河外星系的长度尺度上，观测的限制仍然不那么严格和不确定，但最近在理论和观测方面的进展表明，可能很快就有可能进行更有说服力的比较。在整个早期宇宙中反向级联磁螺旋度的可能性在解释宇宙学长度尺度上磁场的下限以及宇称破缺和这种场的有限螺旋度的可能性方面特别令人兴奋。
2018-07-09 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Synchronized helicity oscillations: a link between planetary tides and the solar cycle?
近年来，人们对行星的引力作用是否会对太阳发电机产生影响的问题越来越感兴趣。在不讨论所声称的相关性的观测有效性的情况下，我们要求一种可能的物理机制，该机制可能将弱行星力与太阳发电机作用联系起来。我们专注于最近发现的电流驱动的，扭结型泰勒不稳定性，其特征在于由m=1的方位角依赖性的模拟的螺旋度振荡。我们展示了如何这些螺旋度振荡可以共振激发一些m=2的扰动，反映了潮汐振荡。具体地说，我们推测金星-地球-木星系统引起的11.07年潮汐振荡可能导致α效应振荡的1：1共振激发。最后，在一个减少的框架内，零维阿尔法-欧米茄发电机模型，我们恢复了22.14年的太阳发电机周期。
2016-08-05 astro-ph.SR
Energy transfers in MHD turbulence and its applications to dynamo
本文描述了MHD湍流的模-模能量传递和能量通量。这些能量传递对于理解湍流动力学以及发电机等应用非常有用。我们说明了如何提供有价值的洞察力的大规模的磁能发电机的增长机制的能量通量。
2019-02-18 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Ribbons characterize magnetohydrodynamic magnetic fields better than lines: a lesson from dynamo theory
布莱克曼和勃兰登堡认为，当磁场用带状或管状表示而不是用线表示时，发电机理论中的磁螺旋度守恒原则上可以用平均场发电机的图来捕捉。在这里，我们提出了这样一个示意性的带状图的$α^2$发电机，跟踪磁螺旋度，并提供了不同规模的大尺度磁螺旋度，小尺度磁螺旋度，动力学螺旋度的过程中所涉及的。这也促使我们对α^2发电机的螺旋度演化方程构造了一个新的“2.5尺度”最小化推广，它分别考虑了这三种不同的长度尺度，同时只保留了两个动力学方程。我们求解了这些方程，发现在淬灭到与磁雷诺数R_M相关的区域之前，大尺度场首先以与磁雷诺数R_M无关的速率增长。但我们也发现，小尺度流螺旋度所在的波数与强迫尺度的波数之比越大，非线性发电机猝灭发生得越早，线性增长转折处的大尺度场越弱。理论和示意图之间的和谐体现了一个普遍的教训，即MHD中的磁场更好地可视化为二维带状（或成对的线），而不是单线。
2014-05-10 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Advances in theory and simulations of large-scale dynamos
本文综述了大规模发电机理论的最新分析和计算进展。即使不引用平均场论，磁螺旋度约束的重要性也是显而易见的。τ近似产生的表达式显示了磁螺旋度如何被纳入平均场论。测试场方法允许在线性和非线性制度的湍流输运系数的准确的数值测定。最后，对太阳能发电机提出了一些批评意见，并强调了未来的研究目标。
2009-01-05 astro-ph.SR
On radiation-zone dynamos
结果表明，磁流驱动的（“扭结型”）不稳定性产生具有螺旋度甚至具有α效应的流场和场图，但前提是磁背景场本身具有非零电流螺旋度\bar{\vec{B}} \cdot旋度\bar{\vec{B}}。具有正的大尺度流螺旋度的场导致负的小尺度动力学螺旋度。由此产生的α效应是积极的。这些结果对于<i>没有背景场的z/I>依赖性的圆柱形设置是非常严格的。符号规则也适用于更复杂的情况下，在球的环向场的作用的差异旋转（从化石极向场诱导）的结果，至少在这种情况下，全球旋转被关闭后，发病的不稳定性。
2010-12-03 astro-ph.SR
Turbulent magnetic helicity fluxes in solar convective zone
等离子体的螺旋运动（$α$效应）和非均匀（微分）旋转的联合作用是太阳和银河系大尺度磁场的一个重要发电机机制。小尺度场的磁螺旋度动力学是非线性发电机饱和的关键机制，其中湍流磁螺旋度通量允许避免$α$效应的灾难性淬灭。太阳和类日恒星的对流区以及星系盘是产生湍流磁螺旋度通量的源。在平均场近似和谱$τ$近似的框架下，我们利用库仑规范导出了密度分层湍流中的湍流磁螺旋度通量。湍流磁螺旋度通量包括非梯度和梯度贡献。非梯度磁螺旋度通量与非线性有效速度（在没有密度分层的情况下为零）乘以小尺度磁螺旋度成正比，而梯度贡献描述了小尺度磁螺旋度的湍流磁扩散。此外，湍流磁螺旋度通量包含与动力学$α$效应或其梯度成比例的源项，以及由大尺度切变（太阳差异旋转）引起的贡献。我们已经证明，由于动力学$α$效应及其径向导数与小尺度磁螺旋度的非线性磁扩散相结合的湍流磁螺旋度通量在太阳对流区占主导地位。
2022-08-13 astro-ph.SR
New dynamo pattern revealed by solar helical magnetic fields
以前无法观测到的太阳磁场的镜像不对称性--被认为是驱动11年活动周期的发电机机制的关键成分--现在已经被测量到了。这是通过在米斯、怀柔和三鹰的观测站对太阳活动区进行20多年的系统监测实现的。本文详细分析了怀柔太阳观测站的矢量磁场资料。根据这些数据估算了电流螺旋度（电流和同方向磁场分量的乘积），并绘制了最近两个太阳活动周期间太阳螺旋度的纬度-时间图。我们发现，像太阳黑子螺旋模式传播赤道，但不像太阳黑子极性螺旋在每个太阳半球不改变从周期到周期的符号-确认理论。然而，在每个周期中，当符号确实短暂反转时，有两个重要的时间-纬度域。我们的发现为恒星和行星发电机提供了新的线索，但尚未纳入理论。
2009-11-30 astro-ph.SR
Advances in mean-field dynamo theories
我们给出了一个简短的介绍，并审查进展，了解的基本成分的平均场发电机理论。讨论内容包括湍流和磁场的平均电动势、磁螺旋度的非线性效应、发电机中的非局域产生效应等方面的最新解析和数值研究进展。我们给出了一个例子的平均场太阳发电机模型，它包含了相当完整的平均电动势，地下剪切层和总螺旋度守恒的表达式。该模型是用来阐明在太阳能发电机的问题，并对这一领域的研究的未来发展。
2013-01-29 astro-ph.SR
Dependence of stellar magnetic activity cycles on rotational period in nonlinear solar-type dynamo
本文用非线性发电机模型研究了太阳型恒星在14 ~ 30天自转周期范围内大尺度磁场的湍流产生。我们的模型考虑到非线性效应的动力学淬火的磁螺旋，和逃逸的磁场从发电机区域由于磁浮力。结果表明，所观察到的旋转周期和活动周期的持续时间之间的相关性可以解释的分布式发电机模型的框架下，从磁浮力或磁螺旋度的湍流产生的动态磁反馈作用。我们讨论的影响，我们的研究结果的理解发电机过程中运行的类太阳恒星。
2016-02-25 astro-ph.SR
Cross-helicity effects and turbulent transport in magnetohydrodynamic flow
在大尺度涡运动和/或磁场应变的存在下，湍流交叉螺旋度（波动中的速度-磁场相关性）可能有助于湍流电动势和雷诺应力。交叉螺旋度的这些影响被认为是平衡的主要影响的湍流，如湍流的磁扩散率在磁场的演变和涡流粘度的动量输运。交叉螺旋度效应可能抑制湍流引起的输运增强。物理解释的影响，特别强调交叉螺旋效应和通常的$α$或螺旋效应的发电机行动之间的差异。交叉螺旋度效应在发电机行动的相对重要性进行了验证的援助下的直接数值模拟（DNS）的Kolmogorov流与强加的磁场。还讨论了几种机制，提供湍流的交叉螺旋度。
2011-07-06 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
The dynamics of Wolf numbers based on nonlinear dynamo with magnetic helicity: comparisons with observations
我们使用非线性一维发电机模型和沃尔夫数演化的唯象方程研究太阳活动的动力学。这个方程组是数值求解的。我们考虑到阿尔法效应的代数和动态非线性。这种动力学非线性与小尺度磁螺度的演化有关，导致太阳活动的复杂行为。Wolf数的演化方程是基于作为负有效磁压不稳定性（NEMPI）的结果的磁斑形成机制。这种现象在25年前就被预测到了，近年来通过直接数值模拟和平均场模拟进行了深入的研究。沃尔夫数的演化方程包括太阳黑子的产生和衰变。数值模拟的结果与观测资料的比较表明，在所有的观测时间间隔（约270年）内，Wolf数的相关性为70%。我们确定的沃尔夫数的最大值与周期的周期和不对称的太阳周期与周期的振幅的依赖性。这些依赖关系与观测结果吻合得很好。
2016-05-25 astro-ph.SR
Magnetic helicity flux in the presence of shear
磁螺旋度已经上升到发电机理论中的一个主要角色，小尺度场的螺旋度与大尺度场的发电机饱和过程有关。它是一个几乎守恒的量，这使得它的演化方程可以用产量和通量来表示。通量项可以用多种方式分解。Vishniac和Cho（2001，ApJ 550，752）分离出了一种特别的贡献，这种贡献被认为在平均切变存在的发电机中起着重要作用。然而，磁螺旋度通量明显依赖于规范，并且被称为Vishniac-Cho通量的相关性是在库仑规范中确定的，这在剪切系统中充满了复杂性。虽然小尺度螺旋度的通量是明确的规范相关，其发散可以是规范无关的。我们利用这一性质在剪切盒系统中通过直接数值模拟研究了小尺度场的磁螺旋度通量，发现在数值可用的规范下，小尺度场的磁螺旋度通量的发散消失，而Vishniac-Cho通量的发散保持有限。我们把这种看似矛盾的现象归因于小尺度磁螺旋度水平通量的存在，即使在我们的剪切周期域中也存在有限的发散。
2010-11-14 astro-ph.SR
Helicity transport from solar convection zone to interplanetary space
磁螺旋度是描述磁场拓扑的一个物理量。它也是一个守恒量，因为Berger在1984年证明，即使在快速磁重联的情况下，日冕中的总磁螺旋度仍然是守恒的。一般认为，太阳磁场及其螺旋度是由各种发电机过程在对流区产生的。这些场和螺旋度通过光球层传输到日冕，并通过各种过程如日冕物质抛射（CME）和太阳风释放到行星际空间。在这里，我将简要回顾一下我们最近的工作，首先是光球上的螺旋度观测，以及如何通过发电机模型来理解这些观测。我将主要讨论日冕中磁螺旋度积累的可能后果，即磁通量绳的形成，日冕物质抛射作为日冕演化的不可避免的产物而发生，以及作为日冕物质抛射触发器的磁通量涌现。最后，我将讨论行星际空间中的磁场以何种形式容纳太阳发电机过程不断产生的大量磁螺旋度。
2012-11-14 astro-ph.EP astro-ph.SR
Simulations of a Magnetic Fluctuation Driven Large Scale Dynamo and Comparison with a Two-scale Model
大规模（磁流体动力学）发电机（LSD）的模型，耦合大规模场的增长，总的磁螺旋度演变最好的预测LSD的饱和模拟中看到。对于周期盒中最简单的所谓“α2”LSD，驱动LSD增长的电动势取决于与波动相关的时间积分动力学和电流螺旋度之间的差异。当系统是螺旋动力学强迫（KF），大规模的螺旋场的增长是伴随着小规模的磁（和电流）螺旋度的增长，最终淬火LSD。在这里，使用模拟和理论，我们研究了互补磁强迫（MF）的情况下，系统被迫与电场，提供磁螺旋。对于这种MF情况，动力学螺旋度成为使LSD饱和的反反应器。MF和KF的情况下的模拟可以近似建模与相同的方程的磁螺旋度演变，但互补的初始条件。KF和MF情况之间的一个关键区别是，MF情况下的螺旋大尺度场与注入磁螺旋度的符号相同，而KF情况下的大尺度和小尺度磁螺旋度的符号相反。MF的情况下，可以出现，即使当热压力是近似小于磁压力，并只需要螺旋小尺度的磁波动主导的LSD驱动中的螺旋速度波动。我们认为，LSD在吸积盘和Babcock模型的太阳发电机实际上是MF LSD。
2012-01-10 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
On the synchronizability of Tayler-Spruit and Babcock-Leighton type dynamos
太阳活动周期似乎与潮汐主导行星金星、地球和木星施加的引力力矩非常同步。最近，一种可能的同步机制，提出了依赖于电流驱动的泰勒不稳定性，可以由潮汐扰动与周期为11.07年的内在螺旋度振荡。插入到一个简单的阿尔法-欧米茄发电机模型，这些共振激发螺旋度振荡导致22.14年的发电机周期。在这里，我们评估各种替代机制的同步。具体来说，我们研究了一个简单的时间延迟模型的巴布科克-莱顿型发电机，并询问是否周期性变化的最小幅度上升环形通量管或欧米茄效应最终可能导致同步。与泰勒-斯普鲁特发电机模型的简单和鲁棒的同步性相比，我们对这些Babcock-Leighton型模型的回答是不太有利的。
2017-07-11 astro-ph.SR
Current status of turbulent dynamo theory: From large-scale to small-scale dynamos
本文评述了湍流发电机理论的若干新进展。高分辨率模拟的小规模和大规模的发电机行动的周期域进行了比较，并与类似的结果在低磁普朗特数。有人认为，所有不同的情况下，显示在中间长度尺度的相似性。另一方面，在湍流螺旋度的存在下，功率在大尺度上发展，这在非螺旋小尺度湍流发电机中不存在。在小的长度尺度，差异发生在与耗散截止尺度与相应的磁普朗特数的值。这些差异被认为是独立的是否有大规模的发电机行动。然而，大型发电机在均匀系统中所示遭受的电阻慢下来，即使在中间的长度尺度。模拟结果与平均场论及其应用有关。最近的工作螺旋通量，以减轻大规模的发电机淬火，剪切发电机，非局部效应和磁结构从强密度分层突出。几个见解所产生的小规模发电机的分析考虑进行了讨论。
2012-03-28 astro-ph.SR
The Global Solar Dynamo
简要总结了太阳发电机研究所依据的各种观测和限制。然后简短地回顾了表明太阳能发电机是巴布科克-莱顿类型的阿尔法-欧米茄发电机的论点。主要的未决问题仍然与次表面动力学有关，包括为什么太阳黑子出现在熟悉的蝴蝶翅膀中的首选纬度，为什么周期约为11年，以及为什么太阳黑子群相对于赤道倾斜（乔伊定律）。接下来，我们转向磁螺旋度，其守恒性质已被确定与大尺度磁场在大磁雷诺数的直接数值模拟中发现的下降。然而，穿过太阳表面的螺旋度磁通量可以缓解这个问题，并将理论与观测联系起来，这将在后面讨论。
2016-02-04 astro-ph.SR
Generalized quenching of large-scale magnetic dynamos in anisotropic flows
伴随着大尺度上相反符号增长的小尺度磁螺旋度的建立是平均场发电机的传统动力学猝灭理论的核心。然而，传统的形式主义假设各向同性湍流，从而排除了磁洛伦兹反反应的一部分。这使得它不足以预测一般各向异性流动的完全淬火。为了克服这一不足，我们推导出一个新的广义淬火形式主义，包括充分的反作用洛伦兹力，和一个新的“选择性阻尼$τ$“封闭，保持磁螺旋。我们应用的形式主义的$\bmα^2$发电机的例子，并显示其预测淬火不同情况下的湍流-各向同性螺旋，各向异性螺旋，各向异性非螺旋。它预测强于常规淬火一般，但减少到传统的情况下，在螺旋各向同性的限制。
2020-06-09 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.flu-dyn
The Tayler instability at low magnetic Prandtl numbers: Chiral symmetry breaking and synchronizable helicity oscillations
电流驱动的扭结型泰勒不稳定性（TI）是泰勒-斯普鲁特发电机模型产生恒星磁场的关键成分，但也被讨论为可能阻碍液体金属电池规模扩大的机制。在某些情况下，TI涉及螺旋流动模式，伴随着一些α效应。在这里，我们专注于手征对称性破缺和相关的影响，将需要关闭的泰勒-斯普鲁特模型中的发电机回路的α效应。对于低磁普朗特数，我们观察到的α效应的内在振荡。然后，这些振荡作为同步泰勒-斯普鲁特发电机模型的基础，该模型可能将行星的周期性潮汐力与恒星发电机的振荡周期联系起来。
2016-10-08 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Effect of Turbulent Kinetic Helicity on Diffusive beta effect for Large Scale Dynamo
研究磁扩散等离子体系统中非线性电动势的α和β系数，提出利用大尺度磁场和湍动能数据的简化计算方法，发现负β值引发能量逆级联，揭示了等离子体负扩散过程的物理机制。
2024-12-19 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Magnetic helicity of global field in cycles 23 and 24
首次利用Brandenburg等（2003）和Pipin等（2013）提出的方法重建了太阳全球轴对称磁场的磁螺旋度密度。为了确定矢量势的分量，我们应用了通常在平均场发电机模型中使用的规范。这使得重建的螺旋度与平均场发电机模型的预测直接比较。我们将该方法应用于两个不同的数据集：太阳和日光层天文台（SOHO）的迈克尔逊多普勒成像仪（MDI）的视线（LOS）磁场的天气图和矢量磁场测量矢量光谱仪（VSM）对太阳的天气光学长期调查（SOLIS）系统。通过对MDI/SOHO资料的分析，发现在第23太阳周，全球磁场在北（南）半球具有正（负）磁螺旋度。这种半球符号的不对称性与太阳活动区的螺旋度相反，但与平均场发电机模型的预测一致。这些数据还表明，半球螺旋度规则可能在第23个周期的早期和晚期颠倒了它的符号。此外，这些数据表明，南北半球之间的磁螺旋度不平衡。这种不平衡似乎与第23周期中每个半球的总活动水平相关。利用SOLIS/VSM资料反演了第24周上升相的磁螺旋度，其纬向分布与第23周SOHO/MDI资料的纬向分布基本一致。
2014-05-15 astro-ph.SR
Mechanical energy fluxes associated with saturated coronal heating in M dwarfs: comparison with predictions of a turbulent dynamo
根据经验，M矮星的X射线光度LX的上限约为热辐射通量Lbol的0.2%。在M矮星中的磁场产生于对流运动均分的极限下，我们利用恒星模型计算了阿尔芬波FA的能流随次表面对流区深度的变化。由于阿尔芬波波模式到达日冕的最佳机会，我们建议FA设置的机械通量Fmech，导致日冕加热的上限。这一建议定量地解释了M矮星经验上所报道的LX/Lbol的饱和值。
2016-02-09 astro-ph.SR
Helicity and winding fluxes as indicators of twisted flux emergence
到目前为止，扭曲通量管进入太阳大气层的证据来自间接签名。在这项工作中，我们研究的螺旋度和缠绕通量的扭曲磁通管出现直接的拓扑输入。在磁流体动力学模拟与域跨越从对流区的顶部到较低的电晕，我们模拟了出现扭曲的磁通量管的范围内不同的初始场强。这项工作的一个重要特点是在光球层下面包含一个对流不稳定层。我们发现近似自相似行为的螺旋度输入考虑不同的场强。由于我们考虑的是左手扭曲管，当管上升并到达光球层时，有一个很强的负螺旋度输入。这个阶段之后，负输入的减少，并为低初始场强，净正螺旋度输入。这一阶段对应于对流对磁场的影响越来越大，以及出现过程中蛇形磁场结构的发展。线圈的磁通量可以用来检测扭曲的芯管何时到达光球层，给出关于拓扑复杂的磁场输入到太阳大气中的清晰信息。简而言之，螺旋度和绕组通量可以提供关于磁场如何出现的许多信息，这些信息不能直接从其他来源获得，例如磁图。在评估这些simulations的螺旋度的内容，我们测试了许多手段，创造合成磁图，包括方法，这两个不断变化的几何形状和光球的有限范围。虽然在每种情况下一般的定性行为是相同的，但不同形式的平均值确实会在数量上影响螺旋度和缠绕输入。
2020-03-06 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Two-scale analysis of solar magnetic helicity
我们开发了一个双尺度的形式主义，以确定全球磁螺旋度谱的系统中，当地的磁螺旋度有相反的迹象，在赤道的两侧，引起取消与传统的方法。我们验证了这种方法，首先使用合成的一维磁场，然后从三维α效应型发电机产生的磁场与强迫湍流的相反螺旋度的域的中平面上方和下方的二维切片。然后，我们将这种形式主义的全球太阳天气矢量磁图。为了改进统计，将三次连续卡林顿旋转（2161- 2163）的数据合并到一张地图中。我们发现，北半球的光谱磁螺旋度代表是负的，在所有波数和峰值在~ 0.06 Mm^{-1}（尺度约100 Mm）。在螺旋驱动的α效应型发电机的三维湍流模拟中，没有发现双螺旋磁场的证据。
2017-02-06 astro-ph.SR
Nonkinematic solar dynamo models with double-cell meridional circulation
采用标准的太阳内部模型作为输入，我们构建了一个动力学一致的非线性发电机模型，考虑到详细描述的Λ效应，湍流泵，磁螺旋度平衡，和磁反馈的差异旋转和纬向环流。太阳对流区的背景平均场流体动力学模型考虑了类太阳角速度廓线和双胞纬向环流。我们调查的非线性磁场产生的长期变化和性质的磁周期的影响。研究了α效应参数从稍次临界到超临界的宽范围内的非线性发电机解。结果表明，磁循环周期随磁循环强度的增大而减小。在超临界α效应的情况下，激发出磁周期的周期性长期变化。这些变化是由半球磁螺旋度交换引起的。它取决于磁扩散率参数和磁螺旋度产生率。大尺度磁活动改变了对流带内部的差旋和纬向环流的分布。结果表明，全球流的磁反馈影响着长期磁循环的性质。我们将我们的发现与太阳和恒星的磁活动观测相结合。
2018-07-29 astro-ph.SR
Magnetic helicity dissipation and production in an ideal MHD code
我们研究了一个湍流螺旋发电机在一个周期性的域通过求解理想磁流体动力学（MHD）方程与FLASH代码使用发散清洗八波方法，并比较我们的结果与直接数值模拟（DNS）使用的ESTA代码。在低分辨率下，FLASH通过产生DNS所期望的大规模磁场来定性地再现DNS结果，但是在更高分辨率下，没有获得大规模磁场。在所有产生大尺度磁场的情况下，理想MHD结果在小尺度下产生的功率太小。因此，与DNS相比，小尺度电流螺旋度太小。由此产生的净电流螺旋度总是错误的符号，并且其统计平均值也不会像DNS所预期的那样在后期接近零。我们的研究结果的恒星和银河系的磁性使用理想的MHD代码的天体物理发电机模拟的影响。
2020-01-26 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.flu-dyn
