Modelling the Propagation of a Weak Fast-Mode MHD Shock Wave near a 2D Magnetic Null Point Using Nonlinear Geometrical Acoustics
我们提出的分析建模的结果,快模式磁流体动力学波传播附近的二维磁零点。我们认为这两个线性波和弱冲击,并分析他们的行为在冷,暖等离子体。我们应用基于Wentzel-Kramers-Brillouin近似的非线性几何声学方法。利用射线近似和孤立激波阻尼定律,计算了波的振幅。我们发现在零点附近形成了一个复焦散线。等离子体加热分布在空间中,并且由于冲击波的实质性非线性阻尼而发生在焦散点以及零点附近。即使在冷等离子体中,激波也会通过零点。波阵面的复杂形状可以用焦散线图案来解释。
2012-05-24 astro-ph.SR
Simulations of Accretion onto Magnetized Stars: Results of 3D MHD Simulations and 3D Radiative Transfer
我们讨论的结果建模的年轻磁化恒星,物质流的计算使用三维(3D)磁流体动力学(MHD)的“立方体球”的代码,和光谱计算使用三维蒙特卡罗辐射转移代码“TORUS”。模拟的两个例子:(1)吸积到恒星在稳定和不稳定的制度,和(2)吸积到一个年轻的恒星V2129 Oph,模拟与现实的参数。
2014-01-20 astro-ph.SR
Dynamics of braided coronal loops II: Cascade to multiple small-scale reconnection events
目的:我们的目的是研究含有编织磁通量但没有净电流或螺旋度的磁环的电阻弛豫。该回路受系线边界条件的约束。我们调查的动力学过程中发生的放松,特别是磁重联发生,并讨论最终平衡的性质。方法:编织磁场的三维演变是遵循一系列的电阻MHD模拟。结果:研究发现,随着环内的不稳定性,无数的薄电流层形成,通过级联状的过程。这种叶栅变得更加发达,并持续更长的时间为更高的磁雷诺数。在级联过程中,磁通量被重联多次,这种“多重重联”的水平与磁雷诺数呈正相关。最终,系统演化到不再有小规模电流层的状态。这个最终状态被发现近似于一个非线性的无力场,由两个相反的符号扭曲的磁通管嵌入在一个均匀的背景场。
2010-10-21 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Time evolution of Hanle and Zeeman polarization in MHD models
暴露太阳色球层的偏振特征需要研究其时间变化,这在建模和解释散射和汉勒信号时很少进行。目前的贡献草图的科学问题的太阳偏振诊断从时间维的角度来看,remarking解决it.Our时间依赖的计算暴露出需要考虑动力学明确建模和观察散射偏振时,以实现有效的诊断技术,以及更深入的了解第二太阳光谱的一些关键方面。
2016-12-16 astro-ph.SR
Comprehensive MHD modelling of ten successive CMEs driving a historic geomagnetic storm -- The 2024 Mothers Day event
University of Iowa(爱荷华大学);University of Michigan(密歇根大学);KU Leuven(荷语鲁汶大学);Indian Institute of Technology Roorkee(印度理工学院鲁尔基分校);University of Maria Curie-Sklodowska(玛丽亚·居里-斯克隆多夫斯卡大学)
本研究通过综合MHD建模分析2024年母亲节事件中十次连续CMEs的相互作用,揭示其地磁效应预测的挑战与改进方向。
2026-02-27 astro-ph.SR
MHD Modelling of magnetic reconnection heating and jets in the solar corona
Università di Palermo(巴勒莫大学);INAF-Osservatorio Astronomico di Palermo(意大利国家天体物理研究所巴勒莫天文台);Harvard–Smithsonian Center for Astrophysics(哈佛-史密松尼天体物理中心)
本文通过MHD模拟研究磁重联产生的纳米耀斑加热与纳米喷流特性,发现喷流性质可揭示重联信息,但加热量与喷流速度关联困难,模型可解释多种加热事件。
2026-09-10 astro-ph.SR
Braided magnetic fields: equilibria, relaxation and heating
我们研究的动态磁通量管包含非平凡的磁力线编织(或链接),使用数学和计算建模,在可测试的预测的背景下,为实验室和太阳日冕加热的意义。我们调查编织无力平衡的存在,并证明,对于一个领域锚定在完美的导电板,这些平衡存在,并包含电流片的厚度与编织的复杂性成反比的规模-例如,测量拓扑熵。相比之下,对于一个周期域编织精确平衡通常不存在,而近似平衡包含薄电流片。在电阻率的存在下,重联被触发在电流片和湍流弛豫enerase。最后,我们讨论了湍流松弛的性质和约束的存在,这可能意味着最终状态不是泰勒假设预测的线性无力场。
2016-04-13 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Modelling stellar jets with magnetospheres using as initial states analytical MHD solutions
在本文中,我们专注于建设恒星流出模型出现在赤道地区的磁层所包围的极冕洞型区域在静态吸积阶段。这些模型是基于初始解析解。我们采用了一个与时间无关的轴对称MHD方程,它有效地描述了一个喷流起源于一个恒星的日冕的自相似解决方案。我们适当地修改这个解决方案,以纳入物理上一致的恒星磁层。我们发现,封闭的场线区域可能会表现出不同的行为取决于相关的边界条件和热通量的分布。然而,恒星喷流在所有的最终平衡态是非常相似的分析中规定的初始条件。当初始净热通量保持不变时,磁层表现为动态的头盔状流,并伴随着准稳态的慢磁层风。由于没有热通量,赤道周围形成一个小的死区,周围环绕着一个弱流光,这是低质量通量磁层喷射的来源。当冕洞较大并延伸到减小的闭合场线静态区时,发现了没有流光和头盔形死区的平衡。这项研究表明,自相似解决方案的鲁棒性和他们的能力,提供准稳态射流模拟与现实的边界和赤道磁层包围。
2016-02-25 astro-ph.SR
Forward Modelling of Standing Kink Modes in Coronal Loops I. Synthetic Views
扭折磁流体动力学(MHD)波在太阳大气的各种磁结构中经常被观测到。它们可能对日冕加热有重要贡献,并可用作诊断太阳等离子体的工具。在这项研究中,我们合成的\ion{Fe}{9} $\lambda171.073$发射的冠环支持一个常设扭结MHD模式。将等离子体圆柱的扭结MHD波解映射到半环面结构中,模拟弯曲的日冕环。我们分解成一个准刚性扭结运动和四极项的解决方案,其中占主导地位的等离子体内部和外部的通量管,分别。在环边缘,视线集成相对更多的环境等离子体,背景发射变得显着。与四极项相关的等离子体运动导致谱线展宽和发射抑制。周期性强度抑制将调制积分强度和有效环宽度,这两者都表现出在扭结周期的一半处的振荡变化。四极项在正视图上可以直接观察到摆动。
2016-03-04 astro-ph.SR
Modelling O-star astrospheres with different relative speeds between the ISM and the star: 2D and 3D MHD model comparison
上下文利用三维磁流体动力学(MHD)模拟了最先进的天体层。恒星风(SW)与周围星际介质(ISM)的相互作用只有在星际流速度大于快磁声速时才能产生弓形激波。目标。研究了不同ISM入流速度下天体球的差异,并评价了模拟中第三维的必要性。方法.在四种不同的ISM入流速度下,用二维和三维MHD计算了逃逸O型星($λ$ Cephei)的模型天体层,其中一种速度比快磁音速快(超快),另一种速度比快磁音速慢(亚快)。结果与ISM流入速度大大高于快磁音速的天体层的二维(2D)和3D模型是在良好的协议。然而,在2D模型中,没有现实的SW磁场可以模拟,顺风结构的天体层摇摆不定。流体动力学效应在磁场上不明显占主导地位的模型显示出不对称性,因此需要3D方法。模拟具有缓慢ISM流入的天体球的物理时间可以迅速超过相应恒星的寿命。在亚快3D模型中,在星尾的下风处发现了一个迄今为止未被观测到的结构。
2022-05-10 astro-ph.GA astro-ph.SR
The structure of current layers and degree of field line braiding in coronal loops
对于太阳日冕加热的长期问题,有一个解决方案是,由于光球层的湍流运动编织了日冕场,从而在日冕中积累了磁能,随后通过磁重联释放了这种能量。本文采用编织磁场模拟太阳冕环的理想弛豫。考虑了一系列具有不断增加的编织复杂性的回路,目的是了解这种复杂性如何影响磁场中小尺度的发展,从而影响可用于加热的能量。它表明,理想的访问力自由平衡这些编织领域包含电流层的有限厚度。它进一步表明,对于任何这样的编织场,如果存在无力平衡,那么它应该包含电流层的厚度是由长度尺度的场线映射。电流层的厚度和强度遵循标度律,这使我们能够外推超出数值可访问的参数制度,并放置在冠状等离子体参数的编织复杂性的上限。在这个阈值水平上,编织环包含$10^{26}$ --可用自由磁能的$10^{28}{\rm ergs}$,对于一个大的纳米耀斑来说绰绰有余。
2015-03-31 astro-ph.SR
Transverse MHD waves as signatures of braiding-induced magnetic reconnection in coronal loops
本文首次利用IRIS和SDO观测到日冕环中由编织诱导磁重联直接产生的横向MHD波,并通过环顶nanojets确认重联,证明其能量通量足以加热活动区冕环,为编织磁重联加热理论提供了关键观测证据。
2024-01-15 astro-ph.SR
Time-evolving coronal modelling of the solar maximum around the solar storms in May 2024 by COCONUT
KU Leuven(荷语鲁汶大学);University of Maria Curie-Skłodowska(玛丽亚·居里-斯可夫多夫斯卡大学);Von Karman Institute For Fluid Dynamics(冯·卡门流体力学研究所);University of Oslo(奥斯陆大学)
本文改进了COCONUT模型以提高太阳极大期日冕模拟的稳定性与效率,验证了时间演化模型在高空间分辨率下的有效性。
2026-01-10 astro-ph.SR
Determining the source and eruption dynamics of a stealth CME using NLFFF modelling and MHD simulations
日冕物质抛射(CME)在低日冕中表现出微弱或没有喷发特征,被称为隐形CME,这是有问题的,因为在到达地球时,它们可能导致空间天气预报员没有预测到的地磁扰动。我们调查了2015年1月3日发生的隐形事件的起源和爆发,该事件在抵达地球时造成了强烈的地磁风暴。为了模拟爆发的日冕磁场和等离子体参数,我们使用耦合的方法。这种方法结合了一个进化的非线性无力场模型的全球日冕MHD模拟。联合模拟方法准确地再现了隐形事件,并表明发生了交感神经爆发。在联合模拟中,我们发现三个磁通绳形成,然后爆发。前两个通量绳,这是连接到一个大的AR复杂的东翼后面,首先爆发产生两个几乎同时的日冕物质抛射。这些日冕物质抛射之后紧接着是第三次,在模拟中起源于AR 12252外围和南极日冕洞之间的较弱的通量绳喷发。第三次爆发与SDO/AIA 211 A观测中出现的微弱日冕变暗相一致,这被认为是隐形事件的来源,后来又是1 AU的地磁扰动。LASCO/C2观测到的隐形事件与发生单个部分晕CME有关的错误解释主要是由于在CME发生时缺乏STEREO观测。模拟还表明LASCO CME不是一个单一的事件,而是两个几乎同时发生的CME。这些结果表明,数据驱动的耦合模拟方法在解释火山爆发方面具有重要意义,而且L5飞行任务对于空间天气预报至关重要。
2021-06-28 astro-ph.SR
MHD modelling of open flux evolution around solar maximum by coronal model COCONUT
KU Leuven(荷语鲁汶大学);University of Maria Curie-Skłodowska(玛丽亚·居里-斯克沃多夫斯卡大学);University of Science and Technology of China(中国科学技术大学)
研究利用COCONUT模型评估不同加热方案对太阳极大期开放磁通量的影响,发现加热源项调整和预处理方法显著影响低日冕区域的开放磁通量分布。
2026-01-15 astro-ph.SR
Comparison of Methods for modelling Coronal Magnetic Fields
四种不同的近似方法来模拟由于施加光球运动的日冕磁场的应力进行了比较,并从一个完整的时间相关的磁流体动力学(MHD)代码的结果。通过考虑大光球足点位移,对每种近似方法所用的假设进行了测试。我们考虑一个简单的模型问题,比较完整的非线性磁流体动力学演化,确定与Lare2D数值代码,与四个近似方法。其中两个,磁摩擦松弛和准一维梯度Shafranov方法,假设序列的平衡,而其他两种方法,二阶线性化的MHD方程和减少MHD,是时间依赖性的。松弛方法是非常准确的相比,全磁流体力学的所有脚点位移的无力平衡,但有显着的错误时,等离子体$β_0$是为了统一。1D的方法给出了一个非常准确的描述平衡远离光球边界层,并同意与Lare2D的所有参数值测试。线性化的MHD方程正确地预测了光球边界层的存在,而光球边界层存在于完整的MHD结果中。一旦足点位移成为回路长度的重要部分,RMHD方法就不能正确地模拟平衡序列。完整的数值解本身是有趣的,如果粘度太大,则必须注意低$β_0$等离子体。
2017-11-20 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Magnetic connectivity from the Sun to the Earth with MHD models I. Impact of the magnetic modelling for connectivity validation
本文提出基于自洽 MHD 模型(结合 COCONUT 与 EUHFORIA)研究太阳与地球间的磁连通性,发现其效果与两步弹道法相当,在太阳活动极大期表现更优,并具改进潜力。
2024-09-30 astro-ph.SR physics.space-ph
A new technique for observationally derived boundary conditions for space weather
近年来,空间天气研究的重点是开发预测日冕物质抛射(CME)到达地球的时间和性质的建模技术。本文的目的是提出一种新的建模技术,适用于下一代的空间天气预测工具,既有效又准确。新方法的目的是提供行星际空间天气预报模型与精确的时间依赖性边界条件的爆发磁通量绳在太阳日冕上部。为了产生边界条件,我们耦合两种不同的建模技术,MHD模拟和准静态非势演化模型。两者都适用于覆盖整个太阳表面的空间域。非势模型利用观测到的天气磁图的时间序列来驱动日冕磁场的非势准静态演化。这使我们能够跟踪磁通量绳平衡的形成和损失。在此之后,MHD模拟捕捉爆发通量绳的动态演变。本文着重于磁流体动力学模拟的磁通绳弹射到4 $R_\odot$。我们首先提出了一种技术,用于指定的爆发前的等离子体的电晕特性。接下来,随时间变化的MHD模拟描述了两个磁通绳的喷射,其产生在4 $R_{\odot}$的磁场和等离子体的随时间变化的边界条件。在本文中,我们表明,准静态非势磁场模拟和全时相关的MHD模拟的双重使用可以产生逼真的非均匀边界条件的空间天气预报工具。在制作一个全面运作的模型之前,仍有一些技术和科学挑战需要解决。
2018-02-21 astro-ph.SR
Modelling MHD accretion-ejection - episodic ejections of jets triggered by a mean-field disk dynamo
我们目前的MHD模拟探索发射,加速和准直的喷气机和磁盘风。磁盘结构的演变是一贯考虑。扩展我们以前的研究,我们现在考虑的磁场的自我生成的$α^2Ω$平均场发电机。磁盘磁化保持在一个相当低的水平,这有助于发展的$T > 10,000$动态时间步长的域上延伸1500内磁盘半径的模拟。我们发现一个磁场的内部磁盘类似于常见的开放领域的结构,有利于磁离心发射。外盘磁场是高度倾斜的,主要是径向的。在这里,差动旋转诱导一个强大的环形分量,在外流发射中起着关键作用。这些从外盘流出的气流速度更慢,密度更大,准直性更差。如果发电机动作不熄灭,就会不断产生磁通量,并向磁盘外扩散,充满整个磁盘。我们已经发明了一个玩具模型,触发了一个依赖于时间的平均场发电机。这种发电机的占空比导致类似时间尺度上的情节性喷射。当发电机被抑制的磁化下降到临界值以下时,产生的流出和吸积被抑制。一般的结果是,我们可以通过一个{ \em盘-内禀发电机}来控制幕式喷射和{ \em大规模喷流结},该发电机是时间相关的,并再生喷流发射磁场。
2014-09-24 astro-ph.HE astro-ph.SR
Non-thermal broadening of coronal lines in a 3D MHD loop model
本文通过三维MHD磁环模型研究日冕谱线非热致宽机制,发现光球磁对流驱动的小尺度湍流和色球蒸发流动可自洽再现观测到的非热线宽值。
2024-03-29 astro-ph.SR
Flare energetics, CME launch and heliospheric propagation for the May 2024 events, as derived from ensemble MHD modelling
本文利用OHM、TMF和EUHFORIA三种MHD模型对2024年5月太阳爆发事件进行集合模拟,估计自由磁能未超过5.2×10^32 erg,并实现了小于3小时的CME到达时间预测。
2025-09-19 astro-ph.SR physics.space-ph
Forward modelling of particle acceleration and transport in an individual solar flare
本研究的目的是生成太阳耀斑中高能电子产生的硬X射线辐射图,并将其与观测结果进行比较。最终目标是测试结合MHD/测试粒子方法的可行性,用于日冕活动事件及其对日光层的影响的数据驱动建模。基于2017年9月8日观测到的X级太阳耀斑的MHD模型,我们利用相对论导向中心方法计算了大量电子和质子的运动轨迹。使用所获得的粒子轨迹,我们推导出的空间和能量分布的高能电子和质子,并计算韧致辐射硬X射线发射使用“薄靶”近似。我们的方法预测了所考虑的耀斑中高能粒子的一些关键特征,包括加速区域的大小和位置,高能粒子的轨迹和能谱。最重要的是,硬X射线韧致辐射强度图预测的模型是在一个很好的协议与RHESSI观察。此外,质子和电子沉淀的位置似乎是接近的日震响应的来源,在这个耀斑检测。因此,所采用的方法可用于观测驱动的建模的个人太阳耀斑,包括高能粒子在日冕中的表现,以及内日光层。
2020-09-21 astro-ph.SR
Modelling the chemical evolution of star forming filaments
我们提出了模拟恒星形成的细丝纳入-据我们所知-最大的化学网络使用的日期在飞行中的3D-MHD模拟。该网络包含37种化学物质和约300种选定的反应速率。为此,我们使用新开发的软件包KROME(Grassi et al. 2014)。我们的研究结果表明,使用这样一个复杂的化学网络在现代超级计算机上的3D-MHD模拟的可行性。我们用不同强度的星际辐射场和宇宙射线电离率进行模拟,并根据观测和其他最近的数值工作找到化学和物理结果。
2015-11-03 astro-ph.GA astro-ph.SR
MHD Waves in open coronal structures
现代天文台已经揭示了日冕中磁流体动力学波的普遍存在。传播波(与驻波相反)通常起源于太阳大气层的低层,这使得它们与日冕加热特别相关。此外,开式日冕结构被认为是太阳风的源区,因此,在这些结构中探测MHD波也与太阳风的加速有关。此外,当代望远镜的先进能力使我们能够通过磁流体地震学提取重要的日冕特性。在这篇评论文章中,特别是在开放的冠状结构的背景下,在检测,起源和阻尼的传播慢mangetoacoustic波和扭结(Alfvénic)波的最新进展。在适当的情况下,我们给出了相关的理论建模研究的概述。这些波的一些重要的地震学应用进行了讨论。Aflvénic波在加速太阳风的可能作用也被触及。
2021-09-21 astro-ph.SR
Standing Slow MHD Waves in Radiatively Cooling Coronal Loops
研究了冷却冕环中的驻波慢磁声振荡。在日冕磁环中,有两种阻尼机制被认为是产生声学驻波模的原因,即热传导和辐射。背景温度被假定为由于光学薄辐射而随时间变化。特别是,背景等离子体被假定为辐射冷却。通过选择一个简单的辐射函数形式,确保背景等离子体的温度演化,由于辐射与观测到的冷却轮廓的日冕环冷却的影响,纵向慢MHD模式的解析评估。低β等离子体的假设导致忽略了磁场扰动,并最终减少了磁流体力学方程的一维系统模拟冷却日冕环路中的纵向磁流体力学振荡。假设冷却发生在比振荡周期大得多的特征时间尺度上,这使得随后能够使用WKB理论来研究驻波的性质。得到了描述波动振幅随时间变化的控制方程,并进行了解析求解。解析导出的解决方案进行数值计算,以进一步了解的驻声波的演变。我们发现,等离子体冷却引起的振荡的振幅下降。尽管冷却的增加导致阻尼率的降低,但在热日冕环中,慢驻波的阻尼情景强烈地增加。
2015-01-12 astro-ph.SR
Modelling Fast-Alfvén Mode Conversion Using SPARC
我们成功地利用MHD代码模型快速Alfvén模式转换区域$c_A \gg c_S$通过3-D MHD数值模拟恒定倾斜磁场配置内的日震波。这是在经验性地修改了我们计算箱上层的背景密度和引力分层之后才实现的,而不是施加传统的洛伦兹力限制器,以确保可管理的时间步长。我们发现后一种方法通过严重阻尼表面上方的磁通量来抑制快速阿尔文模式转换过程。
2013-02-26 astro-ph.SR
Reflection Of Propagating Slow Magneto-acoustic Waves In Hot Coronal Loops : Multi-instrument Observations and Numerical Modelling
磁流体慢波是研究日冕结构和动力学的重要工具。本文报道了利用HINODE和SDO/AIA上的X射线望远镜(XRT)观测到的热日冕环中反射纵波的结果。据我们所知,这是从XRT和AIA同时看到的第一份此类报告。该波出现在其中一个足点处发生微耀斑之后。我们估计的密度和温度的环等离子体进行DEM分析的AIA图像序列。估计的传播速度与当地声速相当或低于当地声速,这表明它是一种传播慢波。在每种情况下,强度扰动幅度随着扰动沿着环移动而非常迅速地下降,并且在一次或多次反射之后最终消失。为了检查这些反射特征与获得的回路参数的一致性,我们进行了2.5D MHD模拟,该模拟使用从我们的观察中获得的参数作为输入,并进行了正演模拟以合成AIA 94~ 2000图像。通过对合成图像的分析,我们得到了与真实观测相同的观测量性质。从分析中我们得出结论,足点加热可以产生慢波,然后在日冕环中来回反射,然后消失。对模拟数据的分析表明,这种阻尼的主要因素是各向异性热传导。
2016-05-20 astro-ph.SR
Three-dimensional non-LTE radiative transfer computation of the Ca 8542 infrared line from a radiation-MHD simulation
在广泛使用的\CaIIIR红外线中,太阳色球层图像的解释受到其复杂、三维和非LTE形成的阻碍。需要进行正向建模以帮助理解。我们使用一个三维非LTE辐射转移代码计算合成\CaIIIR图像从辐射MHD模拟太阳大气从对流区到日冕。我们比较模拟与CRISP过滤器在瑞典1-m太阳望远镜获得的意见。我们发现,模拟再现暗补丁在蓝色线翼多普勒频移,增亮线核心所造成的向上传播的冲击和薄的黑暗拉长的结构线核心,形成向上和向下的气体运动之间的接口在色球。合成的线芯比观测到的线芯窄,这表明太阳既表现出更强的大尺度动力学,也表现出模拟中无法解决的小尺度运动,这可能是由于缺乏空间分辨率。
2009-03-04 astro-ph.SR
The impact of non-ideal magnetohydrodynamics on binary star formation
利用三维光滑粒子磁流体动力学模拟方法研究了非理想磁流体动力学(MHD)对双星形成的影响,模拟了一个太阳质量的旋转扰动分子云核的引力坍缩过程.除了欧姆电阻率,双极扩散和霍尔效应的作用,我们还研究了磁场强度,取向和密度扰动的幅度的影响。在模拟次临界核时,理想MHD模型不会坍缩,而非理想MHD模型坍缩形成单个原恒星。在超临界理想MHD模型中,增大磁场强度或减小初始密度扰动幅度均会减小初始二元分离。最初垂直于旋转轴的强磁场抑制双星的形成,并产生比磁场最初与旋转轴对齐时强约10倍的磁场盘。当包含非理想磁流体动力学时,所产生的圆盘更大,质量更大,并且在更宽的轨道上形成双星。由非理想MHD效应引起的超临界核中的微小差异被近星点附近的双星相互作用放大。总体而言,非理想效应对双星形成和早期演化的影响很小,初始条件起主导作用。
2016-12-06 astro-ph.SR
MHD wave refraction and the acoustic halo effect around solar active regions - a 3D study
在磁活动区周围的太阳光球层和色球层中,经常观察到高频声功率的增强。我们进行三维线性正演波模拟与一个简单的小波脉冲声源,以确定是否形成的声晕是由MHD模式转换通过区域的温和和倾斜的磁场。当来自下方的高频波以大角度与磁场线相交时,这种转换类型最有效。我们发现晕的形成和均分面在阿尔文速度$a$匹配的声速$c$,借贷支持的理论,光球和色球晕增强是由于创建和随后的反射磁占主导地位的快波基本上声波,因为他们交叉$a=c$。在模拟中,我们对$a$进行了封顶,使得波在到达$a=c$高度后不允许再发生作用,因此不存在光晕,这表明功率增强完全取决于返回的快波。我们还重现了一些观察到的晕属性,如双6和8兆赫的增强结构和空间扩散的晕与高度。
2015-01-06 astro-ph.SR
Coronal heating by MHD waves
太阳色球层和日冕加热到观测到的高温,意味着存在持续的加热,平衡了太阳大气中预期的强辐射和热传导损失。几十年来,人们一直认为活动区、宁静太阳和冕洞的色球和日冕部分所需的加热机制与太阳磁场有关。然而,传输和耗散最终导致太阳等离子体加热的磁能的确切物理过程尚未完全了解。目前对日冕加热的理解主要依赖于两种机制:重联和MHD波,它们在不同的日冕区域可能具有不同程度的重要性。在这篇综述中,我们集中在我们的理解MHD波加热机制的最新进展。首先,我们重点介绍了观测结果的概述,在过去的十年中,我们在日冕中发现了不同的波模式,其中许多波模式与显着的能量通量有关,无论是在现场产生的还是从太阳低层大气中抽取的。之后,我们总结了最近的研究结果的数值模拟波,观测结果的动机。尽管取得了这些进展,但只有在非结构化日冕中使用阿尔文波加热的3D MHD模型才能解释与安静太阳兼容的观测到的日冕温度,而包括交叉场密度结构的3D MHD波加热模型还不能解释活动区域中日冕环的加热到其观测到的温度。
2020-12-02 astro-ph.SR
MHD Modeling of Solar Coronal Magnetic Evolution Driven by Photospheric Flow
众所周知,磁场在日冕动态中占主导地位,目前正在开发新一代日冕磁场演变的数值模型,其特点是边界条件直接由观测数据驱动。本文提出了一种新的数据驱动磁流体动力学(MHD)模拟太阳活动区(AR)磁场演化的方法,这是第一次直接利用DAVE 4VM中光球速度场的数据驱动全MHD模型。我们构建了一个完善的MHD平衡的基础上,一个单一的矢量磁图,采用MHD松弛方法与足够小的动力粘度,并使用此MHD平衡作为初始条件,随后的数据驱动的演变。利用DAVE 4VM方法,从观测到的时间序列磁图中得到了光球表面流场。最后将表面流按时间顺序输入到MHD模型的底边界,通过直接求解底边界处的磁感应方程,自洽地更新每个时间步长的磁场。我们应用此数据驱动模型研究AR 12158的磁场演化与SDO/HMI矢量磁图。我们的模型再现了场线的准静态应力,主要是通过AR的领先太阳黑子的旋转流,这使得核心场线形成一致的S形,与SDO/AIA图像中看到的S形结构一致。在模拟中获得的总磁能与直接从原始矢量磁图与DAVE 4VM导出的流场计算的累积磁能密切匹配。这样一个数据驱动的模型将被用来研究日冕场如何在缓慢的光球运动的驱动下达到不稳定状态并进入爆发。
2021-04-15 astro-ph.SR
Nonlinear force-free modelling: influence of inaccuracies in the measured magnetic vector
内容:太阳磁场有规律地外推到日冕开始光球磁测量,可以遭受重大的不确定性。目的:在这里,我们研究如何引入到光球磁矢量的理想和嘈杂的斯托克斯参数反演的地图的不准确性影响外推的非线性无力磁场。研究方法:本文利用三维辐射磁流体模拟快照反演Stokes剖面产生的模拟矢量磁图计算非线性无力磁场。这些外推进行比较外推直接从该领域的MHD模拟,这是我们的参考。我们调查如何线的形成和仪器的影响,如噪音,有限的空间分辨率和效果,采用过滤器仪器的影响所产生的磁场结构。通过目视检查磁场分布进行定性比较,并通过不同度量进行定量比较。结果如下:如果理想的斯托克斯数据被反演,则重建的场是最准确的,如果包括仪器效应和噪声,则重建的场变得不太准确。结果表明,在这里测试的非线性无力场外推法是相对不敏感的噪声的影响,在测量的偏振光谱与当今的仪器一致的水平。结论标题:我们的研究结果表明,我们可以重建日冕磁场作为一个非线性的无力场从现实的光球测量的精度为百分之几,至少在没有太阳黑子。
2009-12-15 astro-ph.SR
In-situ generation of transverse MHD waves from colliding flows in the solar corona
横向MHD波渗透太阳大气,是日冕加热的候选者。然而,这些波的起源仍然不清楚。在这项工作中,我们分析了协调观测\textit{Hinode} /SOT和\textit{IRIS}的日珥/日冕雨环状结构在边缘的太阳。沿结构观察到冷而密集的下降流和上升流。观测到一个能量通量估计为$10^{7}-10^{8}$ ~erg~cm $^{-2}$ ~s $^{-1}$的下行流和上行流之间的碰撞,产生了总振幅估计为$\approx40~$ km~s $^{-1}$的股线振荡横向扰动,以及等离子体温度升高到至少$10^{5}~$ K时的短暂增亮事件。我们解释为香肠和扭结横向MHD波的基础上的等离子体流碰撞的二维MHD模拟的响应。碰撞团块之间的长度、密度和速度差异以及磁场强度是确定碰撞反应的主要参数。团块之间的不对称性(冲击表面的角度和/或流动轴的偏移)的存在对于产生扭结模式是至关重要的。利用观测值,我们成功地再现了观测到的横向扰动和增亮,并显示了绝热加热日冕温度。数值模拟结果表明,在这种环状结构中,等离子体$β$被限制在$0.09$和$0.36$之间。这些结果表明,这样的碰撞从逆流流可以是一个源的原位横向MHD波,并为冷和密集的突出条件,这样的波可能有显着的振幅。
2018-07-01 astro-ph.SR
MHD simulation of Solar Eruption from Active Region 11429 Driven by Photospheric Velocity Field
数据驱动的模拟正成为现实地描述太阳活动区的结构和演化、揭示太阳爆发事件的发生机制以及有望实现精确的空间天气预报目标的重要途径,这超出了现有任何理论建模的范围。本文采用数据驱动的方法对太阳活动区NOAA 11429进行了全三维磁流体动力学模拟,成功地跟踪了从准静态阶段到爆发的整个演化过程。利用DAVE4VM方法从观测到的矢量磁图中导出光球速度场,在底部边界驱动磁流体系统。模拟结果表明,耀斑爆发前持续的光球流产生了一条磁通量绳,然后由环面不稳定性触发爆发。我们的模拟结果表明,在喷发前的磁结构,准静态阶段的时间尺度,耀斑带的图案,以及时间演化的磁能注入和总的无符号磁通量与观测的高度一致。我们进一步发现,喷发也可以在模拟中启动,仅由光球流的水平分量驱动,但不同模拟的比较表明,在底部边界的垂直流是必要的,更逼真地再现这些观察到的功能,强调在AR的发展过程中通量出现的重要性。
2022-12-31 astro-ph.SR
Global MHD simulations of the solar convective zone using a volleyball mesh decomposition. I. Pilot
University of Oslo(奥斯陆大学);University of Copenhagen(哥本哈根大学)
本研究采用DISPATCH代码框架和无奇点的排球网格分解方法,开展太阳对流区高分辨率全球磁流体动力学试点模拟,解决了太阳内部与表面建模的尺度连接瓶颈,实现了小尺度发电机的磁场放大。
2026-11-10 astro-ph.SR physics.comp-ph
Modelling the chemistry of star forming filaments - H$_2$ and CO chemistry
我们提出了模拟的恒星形成丝纳入最大的化学网络使用的日期上的飞行在3D-MHD模拟。该网络包含37种化学物质和约300种选定的反应速率。为此,我们使用新开发的软件包KROME(Grassi et al. 2014)。我们结合KROME包的算法,使我们能够计算的列密度和衰减的星际辐射场所需的适当模型加热和电离率。我们的研究结果表明,使用这样一个复杂的化学网络在现代超级计算机上的3D-MHD模拟的可行性。我们用不同强度的星际辐射场和宇宙射线电离率进行模拟。我们发现,对中心的细丝有逐渐转换的氢从H到H $_2$以及C $^+$在C CO。此外,我们发现一个降低的尘埃温度对中心的细丝在协议最近的赫歇尔观测。
2016-03-02 astro-ph.GA astro-ph.SR
3D MHD wave propagation and energy transport in a simulated solar vortex
本研究通过3D数值模拟探究太阳涡旋管中的MHD波,发现旋转流可提升坡印廷通量,原因是边界密度升高增强了波能捕获,且弱扭绞管中坡印廷通量始终向上。
2025-05-20 astro-ph.SR
Propagating Kink Waves in an Open Coronal Magnetic Flux Tube with Gravitational Stratification: Magnetohydrodynamic Simulation and Forward Modelling
本研究通过三维MHD模拟与前向建模,探究引力分层开放通量管中传播扭结波的特性,揭示共振吸收、密度分层对波的影响及加热机制,并提出间接观测该类波的潜在方法。
2024-06-27 astro-ph.SR
Damping of longitudinal magneto-acoustic oscillations in slowly varying coronal plasma
本文研究了磁流体动力学波在弱层结大气中均匀磁化等离子体中的传播。在大多数早期的研究中,考虑了与时间无关的平衡。在这里,我们放弃这种限制,允许均衡作为时间的函数发展。特别地,背景等离子体被假定为由于热传导而冷却。冷却被假定为是在一个时间尺度上大于的特征旅行时间的扰动。研究了背景等离子体冷却对磁声波特性的影响。MHD方程简化为一个一维系统,模拟沿动态冷却日冕环的磁声模式。利用WKB理论导出了描述磁声波传播的时变色散关系。得到了波浪振幅随时间变化的解析解,并利用特征线法求出了近似解析解。数值计算应用于解析导出的解决方案,以获得进一步的洞察系统中的可变的,随时间变化的背景下的MHD波的行为。结果表明,有一个很强的阻尼的MHD波,可以链接到广泛观察到的热日冕环振荡的阻尼。阻尼也似乎是独立的位置沿环路。研究随时间变化的背景中的MHD波行为似乎是发展适用于太阳物理学广泛范围的MHD波理论的基础和非常重要的下一步。
2010-11-11 astro-ph.SR
Effect of Coronal Loop Structure on Wave Heating by Phase Mixing
日冕加热背后的机制仍然无法直接观察和建立可行的理论过程模型,对日冕结构的后续影响是评估可能的加热机制的关键工具之一。通过磁流体力学(MHD)横波的相位混合的波加热已被提出作为一种可能的方式来转换为热能的磁能,但越来越多的MHD模型表明,这是不是一个足够有效的机制。我们模拟加热的横向MHD波的相位混合在各种配置,调查是否某些情况下可以提高加热足以维持百万度的日冕和评估的影响的传播和相位混合的横向MHD波的边界壳的结构的日冕环。我们使用三维MHD模拟预先存在的密度增强磁化介质和边界驱动器,以触发传播的横波具有相同的功率谱测量的COMP。我们考虑不同的密度结构,边界条件在非驱动足点,驱动器的特性,和不同形式的磁阻率。我们发现,不同的初始密度结构影响的边界壳的演变和一些驱动配置增强产生的热耗散的MHD波。特别是,在更大的空间尺度和更高的耗散系数相干的驱动程序产生显着的加热,但它仍然是不够的。我们的结论是,虽然横向MHD波的相位混合是不太可能维持的热结构的电晕,有配置,允许这种机制的效率提高。我们提供了可能的签名,以确定这种配置的存在,如位置的加热是沿着日冕环沉积
2020-09-09 astro-ph.SR
Modelling of asymmetric nanojets in coronal loops
对日冕重联喷流的观测正在成为研究非常难以捉摸的日冕加热的一种可能的诊断方法。这样的纳米喷射可以在日冕环中观察到,它们与纳米耀斑有关。然而,虽然模型成功地描述了导致射流的双边重连后磁弹弓效应,但观测结果显示,纳米射流是单向的,或高度不对称的,只有射流相对于日冕环的曲率向内行进。这项工作的目的是解决冠环的曲率在不对称重联射流的作用。为了做到这一点,我们首先使用一个简化的分析模型,我们估计后重连张力的基础上的局部交叉角之间的预重连磁场线和他们的后重连缩回长度朝向新的平衡。其次,我们使用一个简化的数值磁流体动力学(MHD)模型来研究两个反向传播的射流如何在弯曲的磁场线中演化。我们的分析模型表明,在后重联重组的磁场,向内指向的磁张力是天生的强(高达3个数量级)比向外指向的一个,并与一个足够大的缩回长度,制度存在的向外指向的张力消失,导致没有向外射流在大的,可观察到的尺度。我们的MHD数值模型为这些结果提供了支持,也证明了在接下来的时间演化中,向内的射流始终更有活力。不对称的程度也被发现增加小角度重联和更局部化的重联区域。这项工作表明,冠环的曲率在重联喷流的不对称性中起作用,向内定向的喷流更容易发生,并且更有活力。
2021-09-10 astro-ph.SR
Modelling solar coronal magnetic fields with physics-informed neural networks
本文提出利用物理信息神经网络(PINNs)求解日冕磁化等离子体的MHD平衡态与二维稳态磁重联解,展示了其无网格、准瞬时生成解及导数的优势,为发展基于PINNs的时变MHD代码奠定基础。
2023-10-27 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Observational signatures of transverse MHD waves and associated dynamic instabilities
MHD波渗透太阳大气层,构成潜在的日冕加热剂。然而,迄今为止探测到的波浪可能只是真实存在的波浪能量的一小部分。检测是有限的仪器的限制,但也由波的过程,本地化的波功率在不可检测的空间尺度。在这项研究中,我们进行三维MHD模拟和正向模拟的冠环均匀和不均匀的温度变化的垂直截面的横向MHD驻波。所观察到的签名主要是由开尔文-亥姆霍兹不稳定性(KHI),共振吸收和相位混合的组合。在存在的交叉环温度梯度,我们发现,发射线敏感的环路核心捕捉不同的签名比那些更敏感的环路边界和周围的电晕,导致异相的强度调制所产生的KHI混合。所有考虑模型的共同签名包括在扭结周期的一半处的强度和环路宽度调制、细股状结构、多普勒图中的特征箭头形结构、时间上的整体线加宽,但特别是在环路边缘处。对于我们的模型,大部分这些功能可以捕获的空间分辨率为$0.33\arcsec$和光谱分辨率为25 km~s $^{-1}$,虽然严重高估的线宽。共振吸收导致从多普勒运动观察到的动能随着时间的推移显着减少,这是不能恢复的相混合和KHI运动的线宽的相应增加。我们估计这个隐藏的波能量是观测值的$5-10$的一个因子。
2017-02-02 astro-ph.SR
MHD Simulation of the Inner-Heliospheric Magnetic Field
在MHD程序CRONOS中,以日心距为10个太阳半径处的径向磁场图为边界条件,模拟了从旋转太阳向外辐射出的三维日球层内太阳风。磁场的输入数据是利用太阳黑子群观测数据和电流片源表面模型进行太阳表面通量输运建模的结果。在几个进步,这使得更高的角分辨率比可比的观测数据从天气磁图。其他MHD量所需的初始条件,获得以下的经验方法,使用磁通管膨胀和径向太阳风速度之间的反比关系。对典型的太阳极小和极大条件进行了计算,得到了相应的直到地球轨道的太阳风状态。在将后者与观测数据成功比较之后,它们可用于驱动日光层外模型。
2013-03-18 astro-ph.SR physics.space-ph
Modelling the interaction of Alfvénic fluctuations with coronal mass ejections in the low solar corona
本研究通过理想MHD模拟探究低日冕中阿尔文型太阳风涨落与CME的相互作用,揭示了涨落透射、鞘层形成及频率对激波速度的影响机制。
2023-10-03 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Modelling magnetically dominated and radiatively cooling jets
采用三维MHD欧拉网格数值模拟方法,研究了上升磁塔在周围介质中传播的形成和演化过程。这些塔是由纯磁能的局部注入产生的。等离子体上不施加旋转。我们比较了辐射冷却塔和绝热冷却塔的演化,发现两者都是由于箍缩不稳定性而弯曲的。在辐射冷却的情况下,准直更强;绝热塔倾向于径向膨胀。在这些塔和实验室实验中产生的毫米级磁塔之间发现了结构相似性。
2010-11-19 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Magnetohydrodynamic coronal modelling with high-fidelity magnetograms
KU Leuven(荷语鲁汶大学);University of Maria Curie-Skłodowska(玛丽亚·居里-斯可罗多夫斯卡大学);University of Science and Technology of China(中国科学技术大学)
本文通过提升COCONUT数值稳定性,实现高保真磁图直接驱动的日冕MHD模拟,发现其较传统滤波磁图模拟多产生约50%开放磁通,EUV图像更吻合观测,并揭示极区开放场在特定波段可呈亮结构,凸显极轨观测必要性。
2026-10-06 astro-ph.SR
Modelling gyrosynchrotron emission from coronal energetic electrons in a CME flux rope
本研究针对IV型射电暴起源不明的问题,结合MHD建模、粒子输运模拟与射电辐射计算,证实CME磁流绳中约束电子的回旋同步辐射是IV型暴的主要成分,明确了辐射强度的影响因素与来源区域。
2025-07-22 astro-ph.SR physics.comp-ph physics.space-ph
Magnetohydrodynamic wave mode identification in circular and elliptical sunspot umbrae: evidence for high order modes
本文利用本征正交分解(POD)和动态模分解(DMD)技术对太阳观测数据进行处理,给出了圆形和椭圆形黑子中存在多个高阶磁流体动力学(MHD)模的直接证据。这些技术在流体力学、水力学和颗粒流领域有很好的文献记载和验证,但在太阳物理学领域相对较新。虽然POD基于空间正交性识别模式,并且它根据模式对信号方差的贡献提供了明确的模式排名,但DMD解决了在时间上正交的模式。对圆形和椭圆形黑子的色球H $α$线6562.808 °进行POD和DMD分析,发现了基本慢香肠模和扭折体模以及高阶慢香肠模和扭折体模的存在。此外,除了各种慢体模外,在圆形黑子中还发现了快表面扭折模存在的证据。所有的MHD模式模式的交叉相关与理论预测的对应物,我们证明了椭圆率不能忽略时解释MHD波模式。高阶MHD波模式对本影横截面形状的不规则性更加敏感,因此必须考虑到这一点,以便更准确地模拟太阳黑子和孔隙中的模式。
2022-02-01 astro-ph.SR
Cross-field transport and pitch-angle anisotropy of solar energetic particles in MHD turbulence
最近对太阳高能粒子在日光层湍流中传播的模拟也在本讲习班上讨论,研究了俯仰角散射和垂直输运在日光经度上粒子传播中的作用,如多航天器测量(STEREO A/B、ACE、SOHO等)所示。在不同的能量范围内都是1 AU。在某些情况下,颗粒分布的一阶俯仰角各向异性是不可忽略的。本文计算了两种MHD湍流模型(a)3-D各向同性模型和(b)Goldreich-Sridhar提出的各向异性模型,在考虑俯仰角依赖性的非均匀湍流中由于梯度/曲率漂移引起的平均垂直位移。我们发现,在这两种情况下,漂移规模为$(1-μ^2)^2$与余弦的俯仰角$μ$,与以前的模型运输的SEP。这一结果可能会影响SEP通过日光层传播的模型。
2015-12-30 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Investigating coronal wave energy estimates using synthetic non-thermal line widths
目的。对日冕波能量的估计仍然不确定,因为很大一部分能量可能隐藏在发射线的非热线宽中。为了估计这些波的能量,许多以前的研究认为均方根波振幅是一个因素的$\sqrt{2}$大于非热谱线宽度。然而,其他研究使用了不同的因素。为了研究这个问题,我们考虑在各种三维磁流体动力学(MHD)模拟波振幅和非热线宽之间的关系。方法.我们考虑了以下三维数值模型:均匀磁场中的阿尔文波,复杂编织磁场中的横波,以及拱廊中日冕加热的两个模拟。我们应用了正演模拟代码FoMo来生成分析非热谱线宽度所需的合成排放数据。结果确定非热谱线宽度与均方根波振幅之间的比率的单个值在多个模拟中是不可能的。它被发现取决于各种因素,包括视线角度,速度大小,波干扰和曝光时间。事实上,我们的一些模型达到了最近文章中所声称的值,而其他更复杂的模型则偏离了这些比率。结论.为了估计波能量,需要非热谱线宽度和均方根波振幅之间的适当关系。然而,评估这个比率是一个奇异值,甚至提供一个下限或上限,是不现实的,因为它的敏感性,各种MHD模型和因素。由于波振幅和非热谱线宽度之间的比率在我们的模型中不是恒定的,我们认为这种广泛使用的估计波能量的方法是不稳健的。
2021-10-01 astro-ph.SR
Resolving numerical star formation: A cautionary tale
测试问题的解决方案研究设定基线,并帮助确定最低解决方案要求,然而,解决方案研究还必须在科学模拟上进行,以确定解决方案对特定科学结果的影响。我们通过模拟14个数量级的密度的气体崩溃,对原恒星的形成进行分辨率研究。这是使用可压缩辐射非理想磁流体力学。我们的套件包括一个理想的磁流体力学(MHD)模型和两个非理想的MHD模型,我们测试三个分辨率为每个模型。理想MHD模型的结果结构近似与分辨率无关,尽管在更高分辨率的模型中实现了更高的磁场强度。非理想MHD模型更依赖于分辨率,特别是磁场强度和结构。更强的磁场是在更高分辨率的模型中实现的,而磁壁等详细结构的演变只有在我们最高分辨率的模拟中才能解决。在几种非理想MHD模型中,最大磁场强度的位置与最大密度之间存在偏移,该偏移在较低分辨率下经常被掩盖或丢失。因此,理解分辨率对恒星形成的影响对于理解恒星的形成至关重要。
2019-06-28 astro-ph.IM astro-ph.SR
Modelling the propagation of slow magneto-acoustic waves in a multi-stranded coronal loop
首次使用3D MHD模型研究慢磁声波在多束日冕环中的传播,通过正向建模生成合成图像并与观测对比,提出结合模拟与观测可推断日冕结构的跨场热力学性质。
2024-06-05 astro-ph.SR