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
Relative Magnetic Helicity Based on a Periodic Potential Field
磁螺旋度在理想磁流体力学（MHD）下是守恒的，即使在电阻过程下也是准守恒的。磁螺旋度的标准定义不能直接应用于体积中的开放磁场，因为它与规范有关。相反，相对磁螺旋度被广泛使用。我们发现，具有周期性侧边界条件的矩形域中的位磁场的能量小于在所有六个边界上具有固定法向分量的场的能量。为了将这种低能势场应用于相对磁螺旋度的分析，我们引入了一个新的定义，即在磁场中引入周期势场，定义了相对磁螺旋度。我们将此定义应用到一系列的解析解和数值模拟。结果表明，新的规范不变螺旋度与原磁场的相对磁螺旋度的载流部分非常接近。我们还发现，载流螺旋度和相对磁螺旋度的原始和我们定义的相对螺旋度之间的比率表现出不同的行为。新的螺旋度似乎对由于体积中的电流引起的场分量更敏感，这是不稳定性和太阳爆发现象的来源。
2020-04-18 astro-ph.SR
The Magnetic Energy - Helicity Diagram of Solar Active Regions
本文利用新近提出的一种适用于太阳活动区单矢量磁图的非线性无力方法，计算了对应于42个不同活动区的162幅矢量磁图的瞬时自由磁能和相对磁螺旋度收支。我们发现在所研究的地区的自由磁能和相对磁螺旋度之间的统计鲁棒性，单调相关性。这种相关性意味着，除了自由磁能之外，磁螺旋度可能是主要太阳爆发的一个重要因素。在自由能和相对螺旋度方面，爆发活动区与非爆发活动区似乎有很好的分离，主要（至少是M级）耀斑发生在自由能和相对螺旋度分别超过4 × 10 ^{31}尔格和2 × 10 ^{42} Mx ^2的活动区。螺旋度阈值与典型日冕物质抛射的螺旋度含量的估计值吻合得很好。
2012-09-25 astro-ph.SR
Observations of Magnetic Helicity Proxies in Solar Photosphere: Helicity with Solar Cycles
本文综述了太阳光球磁螺旋度观测及其与太阳活动周的关系，发现其分布类似黑子蝴蝶图但峰值延迟，并与耀斑爆发相位对应，且输运遵循半球符号规则。
2023-11-13 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
Evolution of Magnetic Helicity and Energy Spectra of Solar Active Regions
我们采用傅立叶变换的磁场两点相关张量的各向同性表示来估计两个独立活动区（NOAA 11158和NOAA 11515）的磁能谱、螺旋度谱和电流螺旋度谱，以及谱指数在它们的发展过程中以及在太阳活动周期间的变化。分析了磁场能量谱指数和电流螺旋度谱指数偏离5/3的情况，发现它低于磁场能量谱指数。此外，分数磁螺旋度有随载能磁结构尺度增大而增大的趋势。NOAA 11515的磁螺旋度违反了预期的半球符号规则，这被解释为在大于30- 60微米的尺度上增强的磁场强度的效果，具有相反的螺旋度符号。这与一般的周期依赖性是一致的，这表明在太阳极大值附近的磁能和螺旋度谱是陡峭的，强调了大尺度场。
2016-02-22 astro-ph.SR
Relationship between photospheric currents and coronal magnetic helicity for force-free bipolar fields
日冕磁螺旋度的起源和演化至今还没有很好的认识。例如，活动区的磁螺旋度通常约为$10^{42}$ Mx $^2$（$10^{26}$ Wb $^{2}$），但据认为注入日冕的观测过程还没有提供对所产生的磁螺旋度预算或时间演变的准确估计。磁螺旋度的变化对于理解耀斑、日冕物质抛射及其相关的磁云的物理性质是很重要的。为了阐明这一主题，我们在这里调查的变化，由于电流在日冕中的一个单一的扭曲的磁通量管，可以模拟特征的日冕结构，如活动区灯丝，S形，或日冕环。对于双极光球磁场和几种电流分布，我们将日冕场外推为非线性无力场。然后，我们计算了相对磁螺旋度，以及自我和相互螺旋度。从具有中等电流量的磁配置开始，当最大电流强度增加2倍时，磁螺旋度的量可以增加2个数量级。磁螺旋度对电流密度的高灵敏度可以部分解释光球层、日冕和磁云中测量值之间的差异。我们的结论是，磁螺旋度强烈地依赖于电流密度的强度和它的分布。只有改进光球层电流密度的测量，才能增进我们对太阳大气中磁螺旋度含量的了解。
2009-03-16 astro-ph.SR
Magnetic Helicity of Self-Similar Axisymmetric Force-free Fields
在本文中，我们继续我们的理论研究，解决什么是磁螺旋度积累在太阳日冕的可能后果。我们以前的研究表明，日冕物质抛射（CMEs）是日冕演化的自然产物，是磁螺旋度积累的结果，而磁螺旋度积累也是表面过程（如通量出现）触发CMEs的原因。在这里，我们使用相同的数学方法来研究轴对称幂律无力场的磁螺旋度，但专注于一个家庭的表面磁通分布定义的自相似无力场。轴对称自相似无力场的半解析解使我们能够讨论具有大量累积磁螺旋度的无力场的性质。我们的研究表明，可能有一个绝对的上限上的所有双极轴对称无力场的总磁螺旋度。随着累积磁螺旋度的增加，无力场趋于完全开放，在电流片层周围出现类帕克螺旋结构，这是行星际空间磁螺旋度的证据。在具有相同边界磁通分布的轴对称无力场中，自相似场的总磁螺旋度最大。这可能给出了一个物理原因，为什么自相似场经常被发现在天体，其中磁螺旋度积累大概也发生。
2012-06-12 astro-ph.SR
Effects of non-radial magnetic field on measuring magnetic helicity transport across solar photosphere
一般认为，磁螺旋度的演化与太阳活动有着密切的关系。在SDO发射之前，早期的研究大多使用MDI/SOHO视线磁图，并假设磁场是径向的，从光球磁图计算磁螺旋度注入率。然而，这种假设不一定正确。在这里，我们使用矢量磁图和视线磁图，都采取了HMI/SDO，估计非径向磁场测量磁螺旋注入率的影响。我们发现：1）非径向磁场对切向速度的影响相对较小：2）在磁螺旋度注入率的估算中，当观测到活动区靠近盘边缘时，非径向磁场的影响较强，而当观测到活动区靠近盘中心时，非径向磁场的影响相对较小; 3）如果只考虑累积磁螺旋度的大小，则非径向磁场的影响较小。
2015-03-30 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
Photospheric Injection of Magnetic Helicity: Connectivity--based Flux Density Method
磁螺旋度量化了体积中磁场的全局剪切和/或扭曲程度。由于其守恒性质，这个量被认为在太阳活动中起着关键作用。在活动区的演化过程中，螺旋度不断注入日冕。为了更好地理解和量化磁螺旋度在太阳活动中的作用，需要研究AR中磁螺旋度通量的分布。利用SDO/HMI和Hinode/SOT提供的AR光球磁图的时间演化可以计算螺旋度分布。最近的光球螺旋度通量分析得出的螺旋度通量密度代理的基础上的光球磁足点的相对旋转速率。虽然这个代理可以很好地估计光球螺旋度通量，但它仍然不是真正的螺旋度通量密度，因为它没有考虑磁场线的连通性。这是第一次，我们实现了螺旋密度，考虑到这种连接。为了将其用于未来的观测研究，我们测试了几种类型的模型，涉及不同的模式的螺旋度注入的方法和精度。我们还测试了更复杂的配置-从磁流体动力学（MHD）模拟-含有准分界线层。我们证明，这种基于连通性的螺旋度通量密度代理是最好的映射的真实分布的光球螺旋度注入。
2013-07-10 astro-ph.SR
Energy and helicity budgets of solar quiet regions
我们研究了太阳宁静区的自由磁能和相对磁螺度收支。使用一种新的非线性无力方法，需要单一的太阳矢量磁图，我们计算的瞬时自由磁能和相对磁螺旋度预算在55个安静的太阳矢量磁图。在以前的工作中的活动区域，我们在这里构建的第一次（自由）能量（相对）螺旋图安静的太阳区域。我们发现，安静的太阳区域没有主导意义的螺旋度和显示单调相关a）之间的自由磁能/相对螺旋度和磁网络面积，因此，b）之间的自由磁能和螺旋度。安静的太阳区域的自由磁能预算代表了一个相当连续的扩展各自的活动区域的预算朝着较低的值，但相应的螺旋度过渡是不连续的，由于螺旋度的意义上的不相干性相反的活动区域。我们进一步估计了整个宁静太阳的瞬时自由磁能和相对磁螺度预算，以及整个太阳周期的相应预算。推导出的瞬时自由磁能预算，并在较小程度上，相对磁螺旋度预算在整个安静的太阳相当大的活动区域的各自的预算，而总预算内的太阳周期被发现高于以前的报告。自由能预算与为网络中的细尺度结构（如斑点和针状物）提供动力所需的能量相当。
2014-03-04 astro-ph.SR
Differences in periodic magnetic helicity injection behaviour between flaring and non-flaring Active Regions: Case Study
磁螺旋度的演化与太阳爆发有着密切的关系，并且作为一种预测性的诊断是很有意义的。在这种情况下，我们分析的情况下，三个耀斑和三个非耀斑活动区（AR）使用SHARP（空间天气日震磁成像仪活动区补丁）矢量磁场数据的归一化出现，剪切和总磁螺旋度分量的演变。的三个磁螺旋度分量的演变进行了分析与小波变换，揭示显着的共同周期的标准化出现，剪切和总的螺旋度通量耀斑前在耀斑的AR。三种非扩口式反辐射装置没有显示出这种共同的周期性行为。这一案例研究表明，磁螺旋度分量的功率谱中存在显着的周期性可以作为一个有价值的耀斑的前兆。
2020-06-13 astro-ph.SR
On the influence of magnetic helicity on X-rays emission of solar and stellar coronae
对类太阳恒星的观测表明，X射线发射与它们的自转之间存在着明显的关系。更高的恒星自转可以导致更大的恒星磁螺旋度的产生。我们的目标是了解恒星表面的磁螺旋度与其日冕X射线发射之间的关系。我们使用3D MHD模拟来模拟类太阳恒星的日冕。我们把观测到的磁图作为光球活动的输入，并注入不同的磁螺旋度值。我们使用合成发射来计算每个模拟的X射线发射通量，并研究这如何与注入的磁螺旋度成比例。我们发现，对于较大的注入磁螺旋度的温度增加和X射线发射的增加。X射线发射与注入的螺旋度成正比。我们可以把这与水平磁场的增加，从而在日冕底部更高的坡印廷通量。使用典型的缩放与恒星旋转的磁螺旋度的生产，我们可以解释的X射线辐射的增加与旋转，只有在一个恒星表面的磁螺旋度的增加。
2019-10-16 astro-ph.SR
Evolution of Magnetic Helicity in Solar Cycle 24
我们提出了一种新的方法来重建太阳或类太阳恒星的表面磁螺旋度密度。通过将矢量磁场测量值分解为环向分量和极向分量来确定磁矢量势。使用非轴对称发电机模型的数据验证了该方法。利用太阳动力学天文台（SDO）日震和磁成像仪（HMI）的矢量场天气图，研究了第24太阳周期间磁螺旋度密度的演变。发现太阳非轴对称磁场的平均螺旋度密度的演化方式与目前太阳活动区螺旋度密度的演化方式相似。它在北半球主要是负号，在南半球是正负号。此外，非轴对称磁场的半球螺旋度规则在第24周结束时显示出符号反转。大尺度轴对称磁场的磁螺旋度密度的演化与发电机理论所预期的不同。一方面，在第24周开始时，磁螺旋度密度的大小尺度分量的平均值表现为符号相反的半球螺旋度规则;然而，在周期的后期，两个螺旋度显示出与理论预期相反的相同符号。
2019-05-02 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
The origin of the helicity hemispheric sign rule reversals in the mean-field solar-type dynamo
对过去两个太阳活动周期太阳磁螺旋度代用指标的观测显示，螺旋度半球符号规则发生了逆转（北半球为负，南半球为正）。我们应用平均场太阳发电机模型来研究在太阳对流区的发电机的磁螺旋度符号的反转。磁螺旋度的演化受守恒定律控制。我们发现，小尺度磁螺旋度的符号的反转遵循发电机波在对流区内传播。因此，磁螺旋度反转的空间分布反映了大尺度磁场的产生和演化过程。在地面上，螺旋度符号反转的模式由对流区顶部的磁螺旋度边界条件决定。我们证明了发电机参数的波动和发电机周期振幅的变化对磁螺旋度符号规则的逆转的影响。结果表明，大尺度轴对称场的磁螺旋度可以作为太阳发电机的一种附加观测示踪剂。
2013-04-09 astro-ph.SR
Validation of the magnetic energy vs. helicity scaling in solar magnetic structures
我们评估了自由磁能-相对磁螺旋度图对太阳磁结构的有效性.我们使用了两种不同的方法来计算自由磁能和相对磁螺旋度预算：一个经典的，体积计算非线性无力（NLFF）的方法，适用于有限的日冕磁结构和表面计算NLFF推导依赖于一个单一的光球或色球矢量磁图。这两种方法被应用到两个不同的数据集，即合成活动区的情况下，通过三维磁流体动力学（MHD）模拟和观察到的活动区的情况下，其中包括喷发和noneruptive磁结构。推导出的能量-螺旋度图显示了一致的相对螺旋度和自由能之间的单调标度与标度指数0.84 $\pm$ 0.05的数据集和计算方法。它也证实了隔离noneruptive和喷发活跃地区和存在的阈值，在自由能和相对螺旋度的活跃地区进入喷发领土。我们认为以前报道的太阳磁结构的能量螺旋度图充分验证，并设想在未来的研究太阳磁性的未发现的缩放的重要作用。
2014-09-29 astro-ph.SR
Change ratios of magnetic helicity and magnetic free energy during major solar flares
本文通过47个太阳耀斑样本，对比约束耀斑与爆发耀斑中磁螺度和磁自由能的变化比率，发现爆发耀斑的下降幅度显著更大，从而用观测数据验证了磁螺度近似守恒及CME带走磁螺度的理论。
2023-08-10 astro-ph.SR
Magnetic Helicity Estimations in Models and Observations of the Solar Magnetic Field. Part III: Twist Number Method
本文在日冕磁场结构模型的基础上，研究了不同磁通量绳的扭动、扭曲和磁螺旋度。这些包括分析力免费Titov-Démoulin平衡解决方案，非力免费磁流体动力学模拟，和非线性力免费磁场模型。磁通量绳的几何边界由准分界线层和底面确定，磁通绳的轴线曲线由其总体取向确定。扭转计算的Berger-先验公式，适用于任意几何形状和无力和非无力模型。磁螺旋度是通过扭曲乘以轴向磁通量的平方来估计的。我们比较得到的值与那些来自有限体积螺旋度估计方法。我们发现，与扭转方法得到的磁螺旋度同意的螺旋度进行的纯载流部分的领域内的不确定性，大多数测试情况下。研究还发现，模型场的载流部分在磁通量绳的位置处相对显著。这定性地解释了由扭转方法计算的磁螺旋度与纯粹由载流磁场贡献的螺旋度之间的一致性。
2017-04-07 astro-ph.SR
Influence of Magnetic Helicity in MHD
观测表明，太阳的磁场具有螺旋结构。磁场位形中的螺旋度含量是系统动力学演化的一个重要约束。由于螺旋度是与链接的数量，我们调查的配置与联锁磁通量环和一个与未链接的环。结果表明，影响磁场衰减的不是磁管的连接方式，而是磁螺度的含量。
2011-08-23 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
Magnetic Helicity and Free Magnetic Energy as Tools to Probe Eruptions in two Differently Evolving Solar Active Regions
利用HMI/SDO的矢量磁图和基于磁连通性的方法，我们计算了两个太阳活动区（AR），AR 11890和AR 11618，都具有复杂的光球磁场配置几天的瞬时相对磁螺旋度和自由磁能预算。AR产生了几个主要的爆发耀斑，而它们的光球磁场在AR 11890中主要表现出通量衰减，在AR 11618中主要表现出通量出现。在它们的大部分演化过程中，两个AR都有大量的自由磁能和正负螺旋度预算。事实上，它们的螺旋度的符号分量之间的不平衡与安静太阳中的一样低，它们的净螺旋度最终在最后一次大耀斑后14-19小时改变了符号。尽管有这样的不一致性，爆发发生在净螺旋度峰值的时间，这是同时间的自由磁能的峰值。在标准化的自由磁能中，与爆发耀斑相关的损失在10- 60%的范围内。对于螺旋度，变化范围从25%到去除占主导地位的符号的整个多余螺旋度，导致净螺旋度大致为零，但两种螺旋度意义上的预算显著相等和相反。缓慢变化的背景成分的自由能和螺旋度时间序列的去除显示，所有的火山爆发相关的峰值的数量超过2 $σ$水平的去趋势时间序列。当这些量中只有一个或没有一个超过其2 $σ$水平时，没有喷发。我们的研究结果表明，不同的发展AR可能会产生重大的爆发耀斑，即使当除了积累显着的自由磁能预算，他们积累了大量的负和正螺旋度没有一个强大的优势，一个手超过其他。
2023-01-20 astro-ph.SR
Magnetic Flux and Helicity of Magnetic Clouds
磁云（MC）是由作为日冕物质抛射（CME）的一部分从太阳发射的通量绳（FR）形成的。它们带走了大量的磁通量和螺旋度。本研究的主要目的是量化这些数量从原位测量MCs在1 AU。通过局部FR模型拟合这些数据提供了沿FR轴的轴向磁场强度、半径、磁通量和每单位长度的螺旋度。我们表明，这些数量是统计独立的位置沿FR轴。然后，我们从两组MC中推导出FR轴的通用形状和长度。这些结果改进了磁螺旋度的估计。接下来，我们评估的总磁通量和螺旋度穿过半径为1天文单位，以太阳为中心，每年和在一个太阳周期。我们还包括在研究中的两套小FR不具有所有的典型特征的MC。虽然小的FR比MC多至少十倍，但磁通量和螺旋度由较大MC的贡献主导。它们在一年中携带大约25个大活动区的磁通量和其中200个的磁螺旋度。MC带走了大量的无符号磁螺旋度，与太阳发电机的估计值和新兴活动区的测量值相当。
2015-09-03 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
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
Testing magnetic helicity conservation in a solar-like active event
磁螺度是理想磁流体力学（MHD）的一个守恒量。因此，它可以作为磁化等离子体磁场演化的有效示踪剂。理论估计表明，磁螺旋度也基本上是保守的非理想MHD过程，如磁重联。然而，这个猜想几乎没有得到实验或数值的检验。由于磁螺旋度估计方法的最新进展，现在可以在一般的三维数据集中对其耗散水平进行数值测试。我们首先重新审视的相对磁螺旋度的时间变化的一般公式在一个完全有界的体积时，没有假设的规范。我们介绍了一种方法来精确地估计其耗散独立的非理想MHD过程发生的类型。在一个类太阳爆发事件的模拟中，我们使用不同的量规，比较其在有限体积中的估计与其通过边界的时间积分通量，从而测试螺旋度的守恒和耗散。我们给出了磁螺旋度真实耗散的一个上界：在准理想MHD阶段，它是准零的。即使当磁重联起作用时，磁螺旋度的相对耗散也非常小（<2.2%），特别是与磁能的相对耗散（大于30倍）相比。最后，我们说明了如何螺旋度通量项涉及速度分量的规范依赖，从而限制了它们的物理意义。
2015-06-30 astro-ph.SR
Time Evolution of Coronal Magnetic Helicity in the Flaring Active Region NOAA 10930
为了研究2006年12月13日X3.4耀斑的三维磁场拓扑结构及其长期演化，我们研究了12月8-14日期间耀斑活动区NOAA 10930的日冕相对磁螺旋度。基于Wiegelmann加权优化方法重建的三维非线性无力磁场计算了日冕螺旋度，并与通过AR光球表面注入的螺旋度进行了比较。螺旋度注入是根据Pestrian等人使用太阳和日光层天文台/迈克尔逊多普勒成像仪磁图提出的磁螺旋度通量密度确定的。这项研究的主要结果如下。(1)日冕螺旋度的时间分布与通过地面注入的螺旋度积累的时间分布有很好的相关性。(2)在X3.4耀斑之前，AR的日冕螺旋度估计为-4.3 $\times$ 10 $^{43}$ Mx $^{2}$。(3)在这次耀斑之前，日冕中的负螺旋度（-3.2 $\times$ 10 $^{43}$ Mx $^{2}$）在约1.5天的时间内大幅增加，而且在通道结构发展期间，通过耀斑磁极反转线周围的光球表面注入了明显的正螺旋度。我们推测，X3.4耀斑的发生与正螺旋度注入到一个现有的负螺旋度系统有关。
2010-08-18 astro-ph.SR
Spectral magnetic helicity of solar active regions between 2006 and 2017
我们使用2006- 2017年期间Hinode的数据计算了太阳表面约2485个边长约100 Mm的斑块的磁螺旋度和能谱。一个广泛的数据库组装，我们列出的磁能和螺旋度，大，小尺度的磁螺旋度，平均电流螺旋度密度，分数磁螺旋度，以及相关长度与日出图标识号（MapID），以及卡林顿纬度和经度为每个MapID。虽然有偏离半球符号规则的磁和电流螺旋度，弱的趋势，这里报告的是与以前的结果。这被认为是一个物理效应与个别活跃地区的主导地位，有助于更强烈地解决日出图。与以前的工作相比，典型的相关长度被发现是6-8微米，而长度尺度相关的磁和电流螺旋度彼此被发现是约1.4微米。
2019-06-16 astro-ph.SR
The Minimal Helicity of Solar Coronal Magnetic Fields
位场外推法被广泛地用作太阳日冕磁场的最小能量模型。作为与其他磁场进行比较的参考，它们--根据任何合理的定义--都没有全局（符号）磁螺旋度。在这里，我们调查的内部拓扑结构，没有被捕获的整体螺旋积分，通过分裂成个人场线螺旋。这些计算使用位场外推从磁记录观测太阳周期24，以及一个简单的说明性模型的一个单一的双极区域的偶极背景。我们发现，局部补丁的场线螺旋度主要来自强活动区域和它们的叠加场之间的联系，使总的无符号螺旋度与光球和开放通量的产品相关。在每个活跃区域内，正螺旋度和负螺旋度可能是不平衡的，但有符号螺旋度只有无符号螺旋度的十分之一左右。有趣的是，在第24周，有一个明显的峰值，在无符号螺旋度造成的一个单一的大活动区。平均而言，总的无符号螺旋度在考虑的分辨率是大约两倍的典型的有符号螺旋度的一个真正的活动区域，根据非潜在的模型在文献中。
2020-07-21 astro-ph.SR
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
Inferring magnetic helicity spectrum in spherical domains: the method and example applications
获得对太阳发电机湍流效应作用的观测约束是一项困难但至关重要的任务。没有这些知识，就不能形成太阳能发电机运行机制的全貌。磁螺旋度谱提供了有关$α$效应的重要信息。在这里，我们展示了一个形式主义的球面几何直接从观测的磁场推断磁螺旋度谱，考虑到整个太阳的赤道磁螺旋度的符号变化。利用磁场的角关联函数，我们发展了一种方法来推断磁能和螺旋度的光谱。后者的检索依赖于一个基本定义的螺旋度的联系方面的磁通量。我们应用两个尺度的方法，以前使用的笛卡尔几何，球面几何系统的螺旋度的符号反转预计在小和大尺度的赤道。我们测试的方法，通过将其应用到一个完全螺旋场的分析模型，和磁流体动力学模拟的湍流发电机。根据模型中可用的矢量势计算的螺旋度谱与使用我们的方法仅根据磁场计算的谱非常一致。在下一个测试中，我们使用我们的方法来获得螺旋度谱从天气磁场地图对应的卡林顿旋转。我们观察到磁螺旋度的双螺旋谱的明显迹象。我们的形式主义，使它有可能推断磁螺旋在球面几何，而不需要计算的磁矢势。这具有规范不变的优点。它在太阳和恒星观测中有许多应用，但也可以用来分析恒星的全球磁对流模型，并将其与观测结果进行比较。
2021-04-15 astro-ph.SR
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
On Asymmetry of Magnetic Helicity in Emerging Active Regions: High Resolution Observations
我们采用DAVE（差分仿射速度估计器，Schuck 2005; 2006）跟踪技术的MDI/1米的高空间分辨率的视线磁图的时间序列，测量光球流速度的三个新出现的双极活动区。我们分别计算了前极性和后极性的磁螺旋度注入率，以证实或反驳Tian & Alexander（2009）使用MDI/96 m低空间分辨率磁图发现的磁螺旋度不对称性。我们的研究结果表明，磁螺旋度不对称性是强大的存在于三个活动区域的研究，其中两个有观察到的磁通量的平衡。测量的磁螺旋度注入率被发现依赖于所选择的窗口大小，但依赖于两个连续的磁图跟踪之间的时间间隔。结果表明，当窗口尺寸在12 × 10 ~ 18 × 15像素之间，时间间隔Δt=10分钟时，磁螺旋度注入率的测量效果较好。此外，短寿命的磁性结构，10-60分钟，被发现贡献了30-50%的磁螺旋度注入率。通过与MDI/96 m资料计算结果的比较，发现MDI/96 m资料总体上能概括出磁特性的主要变化趋势，但明显低估了强场区的磁通量，不适合于定量跟踪研究，因此对注入日冕的磁螺旋度的估计较差。
2011-01-05 astro-ph.SR
Computation of Relative Magnetic Helicity in Spherical Coordinates
磁螺旋度是太阳研究中的一个重要量，因为它在理想磁流体力学中是守恒的。虽然存在许多方法来计算笛卡尔有限体积中的磁螺旋度，但在球坐标系（太阳能应用的自然坐标系）中，螺旋度仅被近似处理。本文提出了一种在球面几何中正确计算相对磁螺旋度的方法。所考虑的体积是有限的，壳或楔形，三维磁场被认为是完全已知的整个研究领域。测试的方法与著名的，半解析的，无力的磁场模型表明，它具有良好的精度。进一步应用于太阳活动区磁场的一组非线性无力重建，并与过去使用的近似方法进行比较，表明所提出的方法可以显着更准确，从而使我们的方法在螺旋度的研究，采用球面几何的一个有前途的工具。此外，近似方法的适用范围进行了确定和讨论。
2018-06-08 astro-ph.SR
Threshold of non-potential magnetic helicity ratios at the onset of solar eruptions
相对磁螺旋度是一个常用来描述非孤立磁场（如太阳活动区的磁场）纠缠程度的量，本文的目的是研究不同类型的光球边界流如何在日冕中积累相对磁螺旋度，以及磁螺旋度相关的量是否以及如何识别爆发的开始。我们使用一系列的三维，参数磁流体动力学模拟的形成和喷发的磁通量绳。所有的模拟都是在相同的网格上进行的，使用相同的参数，但是它们的特征在于不同的驱动光球流，即，剪切、会聚、拉伸、外围和中心扩散流。对于每一个模拟，喷发的开始时刻是仔细确定使用一系列的松弛运行。我们发现，当在边界处施加剪切流时，磁能和总相对螺旋度大部分被注入，而与日冕电流相关的磁能和螺旋度增加，而与光球流的类型无关。我们还发现，在爆发的开始，非潜在的磁螺旋度和总的相对磁螺旋度之间的比率具有相同的值为所有的模拟，这表明存在一个阈值在这个数量。对于其他量，例如与磁能相关的量，没有观察到这样的阈值。
2018-07-10 astro-ph.SR
Evolution of Relative Magnetic Helicity: New Boundary Conditions for the Vector Potential
我们最近提出了一种方法来计算相对磁螺旋度在一个有限的体积为一个给定的磁场，但需要磁通量被平衡的所有方面的考虑体积。为了允许有限的磁通量通过边界，构造库仑规范，其允许全局磁通量平衡。我们在一个理论的无前向磁场模型中验证了我们的方法。将新方法应用于以前的计算数据，发现误差小于1.2%。我们还将我们的方法应用到活动区NOAA 11429上方的磁场获得一个新的光球数据驱动的MHD模型代码GOEMHD 3。利用我们的新方法分析了日冕磁螺旋度的演化。发现当触发快磁重联时，归一化的磁螺旋度为-0.038。这个值与以前在MHD模拟中磁重联发生时的值（-0.029）和新出现的活动区喷发时观测到的归一化磁螺旋度（-0.036）相当。我们发现，当累积的磁螺旋度通过底边界注入时，只有8%的累积磁螺旋度被耗散掉。这与Woltjer猜想是一致的。从底界注入的磁螺度只有2%通过日冕逃逸。这与磁云的观测是一致的，磁云可以将磁螺旋度带入行星际空间，在这里考虑的情况下，几个晕CME和两个X级太阳耀斑起源于这个活动区。
2017-12-26 astro-ph.SR
Scale-dependence of magnetic helicity in the solar wind
我们确定的磁螺旋度，随着磁能，在高纬度地区使用的数据从地球物理学任务。该数据集涵盖1993年至1996年的时间段。分析的基本假设是太阳风是均匀的。因为太阳风速度很高，所以我们遵循Matthaeus等人（1982，Phys. Rev. Lett. 48，1256），其中，在空间均匀性的假设下，人们可以使用磁场时间序列的傅立叶变换来构建一维谱的磁能和磁螺旋度的假设下，泰勒冻结流假设是有效的。这是本研究中使用的数据的一个非常满意的假设。磁螺旋度源自三维磁相关张量的斜对称项，而张量的对称项则用于确定磁能谱。结果表明，在2.8 AU以下，磁螺旋度在波数k~2 AU^{-1}（或频率nu~2 uHz）处有符号变化，在更大的距离上，磁螺旋度在波数k~30 AU^{-1}（或频率nu~25 uHz）处有符号变化。在小尺度下，北半球日面纬度的磁螺旋度为正，南半球为负。在小尺度下的正磁螺旋度被认为是湍流扩散的结果，相对于在太阳表面的小尺度下所看到的，它的符号是相反的。此外，1996年磁螺旋度向太阳极小值方向下降。在一个半球上分别积分的磁螺旋度通量在大尺度上约为10^{45} Mx ^2/周，在小尺度上则低3倍。
2011-04-19 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
The Role of Magnetic Helicity in the Structure and Heating of the Sun's Corona
太阳大气的两个最重要的特征是它的热，光滑的日冕环和磁剪切的集中，称为灯丝通道，位于光球极性反转线（PIL）上方。在暗条通道中观察到的剪切代表了磁螺旋度，而日冕环的平滑度表明日冕的其余部分明显缺乏磁螺旋度。与此同时，试图解释在这些日冕环中观察到的高温的模型需要以扭曲形式注入光球的磁能。除了磁能，这种扭曲也代表了磁螺旋度。与磁能不同，磁螺旋度在重联下是守恒的，因此预计会在日冕中积累和观察到。然而，在日冕中观测到磁螺旋度的位置是暗条通道，而不是日冕环，并且它以剪切而不是扭曲的形式表现出来。这自然提出了一个问题：如果需要注入磁螺旋度来加热日冕环，为什么它只在暗条通道中被观察到，而日冕环被观察到是层流和光滑的？本论文利用一系列数值模拟来解决这个问题，这些数值模拟表明，磁螺旋度通过磁重联在整个日冕中传输，其方式是在PIL上方积累，形成细丝通道，并使日冕的其余部分大致平滑。在这个过程中，它将磁能转化为热量，解释了观测到的大温度。本论文提出了一个模型，在太阳日冕中的丝状通道的形成和存在的光滑，热的日冕环，并显示如何运输的磁螺旋度在整个太阳日冕的磁重联是负责这两种现象。
2016-06-29 astro-ph.SR
Helicity--vorticity turbulent pumping of magnetic fields in the solar dynamo
太阳对流区螺旋对流运动与差异旋转的相互作用导致了大尺度磁场的湍流漂移。我们讨论了泵浦机制及其对太阳发电机的影响。
2012-11-11 astro-ph.SR
Magnetic helicity and energy of emerging solar active regions and their erruptivity
目标。我们研究了磁螺旋度和磁能的积累在新兴太阳活动区（AR）产生日冕物质抛射（CME）中的作用。方法.利用太阳动力学天文台日震和磁成像仪获得的矢量磁场数据，我们计算了52个新出现的AR的磁螺旋度和磁能注入率以及由此产生的累积预算，从磁通量出现的开始时间，直到它们到达太阳经度45 $^{\circ}$西（W45）。结果其中7个AR产生了CME，而45个没有。在统计意义上，喷发AR积累了更大的预算的磁螺旋度和能量比noneruptive的间隔，开始于磁通量出现的开始时间和结束（i）在磁通量出现阶段的结束，（ii）当AR产生其第一个CME或交叉W45，无论哪个先发生。我们发现磁螺旋度和能量阈值的$9 \times 10^{41}$ Mx $^2$和$2 \times 10^{32}$尔格，分别，如果越过，AR很可能爆发。隔离，在累积的磁螺旋度和能量预算，从noneruptive的喷发AR的违反在一种情况下，当AR爆发早期在其出现阶段，在6种情况下，noneruptive AR表现出大的磁螺旋度和能量预算。衰变指数的计算可能表明，这些AR没有爆发，因为覆盖的磁场提供了更强或更广泛的约束比喷发AR。结论.我们的研究结果表明，新兴的AR往往会产生CME时，他们积累了显着的预算的磁螺旋度和能量。对它们喷发潜力的任何研究都应该把磁螺旋度与磁能放在同等的地位。
2022-02-24 astro-ph.SR
Relative magnetic helicity as a diagnostic of solar eruptivity
发现能够确定性地描述太阳活动区喷发状态的明确标准，将导致对空间天气预测的重大改进。使用一系列的数值模拟出现的磁通量绳在磁化日冕，导致喷发或稳定的配置，我们测试几个全球标量的能力，区分喷发和非喷发模拟。从三维磁流体动力学模拟产生的磁场，我们计算和分析的演变的磁通量的磁能和它的分解成潜在的和自由能，相对磁螺旋度和它的分解。与磁通量和磁能不同，磁螺旋度能够明显区分喷发和非喷发模拟。我们发现，载流磁场的磁螺旋度的总的相对螺旋度的比率提出了最高值的喷发模拟，在喷发前的阶段。我们观察到，喷发模拟不具有最高值的总磁螺旋度。在我们的数值研究的框架内，磁能和总的相对螺旋度不对应于良好的喷发代理。我们的研究强调，磁螺旋度的比例诊断非常清楚的爆发潜力，我们的参数模拟。我们的研究表明，基于磁螺旋度的量可能是非常有效的预测太阳爆发。
2017-03-30 astro-ph.SR
Productivity of Solar Flares and Magnetic Helicity Injection in Active Regions
本研究的主要目的是更好地了解活动区的磁螺旋度注入与太阳耀斑的发生和强度之间的关系。因此，我们调查磁螺旋度注入率和无符号磁通量，作为参考。使用$SOHO$ /MDI磁图总共分析了378个活动区域。24小时平均螺旋度注入率和无符号磁通量与耀斑指数和耀斑产生概率在接下来的24小时测量进行了比较。此外，我们还研究了19次M5.0以上耀斑发生前后几天内螺旋度的变化，这些耀斑发生在选定的强耀斑活动区。研究结果表明：（1）对于91个无符号磁通量在3 ~ 5 $\times$ × 10 $^{22}$ Mx范围内的大活动区，耀斑活动区和非耀斑活动区的磁螺度注入率相差2倍;（2）作为螺旋度注入函数的$GOES$ C型耀斑产生概率在耀斑产生活动区和耀斑平静区之间显示出一个尖锐的分界线;（3）19次大耀斑前的螺旋度注入历史表现出一个共同的特征：（3-45）$ \times$ 10 $^{42}$ Mx $^2$在0.5 - 2天的螺旋度单调增加阶段中有显著的螺旋度积累。我们的研究结果支持了螺旋度注入在耀斑中的重要性，但单独使用它来进行耀斑预报是无效的。有必要找到一种方法来更好地表征螺旋度注入的时间历史以及其在活动区域内的空间分布。
2010-06-22 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
Successive Injection of Opposite Magnetic Helicity: Evidence for Active Regions without Coronal Mass Ejections
磁螺旋度（MH）是磁场的扭曲和剪切的量度。MH通过光球足点运动注入活动区日冕，产生扭曲和剪切磁场。从螺旋度的守恒性质出发，证明了一个已经扭曲的磁绳（FR）不可避免地会随着MH的持续注入而爆发，以消除多余的日冕螺旋度。因此，理解光球螺旋度通量传输的性质和演化对于揭示耀斑/CME活动的强度至关重要。利用\textit{Helioseismic Magnetic Imager}的时间序列矢量磁图，我们研究了MH注入新兴AR 12257的演变。在这一AR的光球通量运动注入正螺旋度在前2.5天，随后负螺旋度。这种相反螺旋度的连续注入与平均无力扭转参数（$α_{av}$）的符号、磁舌的取向一致。此外，外推的AR磁结构表现出全球剪切没有扭曲的FR在AR的核心的转变。没有CME从这个AR发射，但C级耀斑活动主要是在演化期的后半段观察到的。具有MH注入符号反转的AR不利于具有过量日冕螺旋度的扭曲FR的形成，因此对于容易地识别无CME的AR是重要的。在这些AR的一个可能的情况是，当一个符号的螺旋度通量被相反的符号所取代，不同的连接与相反的剪切磁场经历重联在不同的尺度引起间歇性耀斑和增强的日冕加热。
2021-08-17 astro-ph.SR
Magnetic helicity and energy spectra of a solar active region
利用观测到的光球矢量磁图，首次计算了2011年2月11-15日太阳活动区NOAA 11158在南日面纬度20 °的磁螺旋度和能谱。我们采用了磁场的傅立叶变换两点相关张量的各向同性表示。磁螺旋度的符号在所有波数下都是正的。这一迹象与理论上对南半球的预期是一致的。相对螺旋度约为4%，在中等波数k ~ 0. 4 Mm^{-1}处最强，对应于2 pi/k ~ 16 Mm的尺度。根据磁场和电流密度的垂直分量，在实空间中计算的相对电流螺旋度也具有相同的符号和相似的值。磁螺旋度谱的模在大波数下表现出k^{-11/3}幂律，这意味着电流螺旋度模的谱为k^{-5/3}。还获得了磁能的k^{-5/3}谱。分别从水平场和垂直场评估的能谱，在波数低于3 Mm^{-1}时一致，对应于2 Mm以上的尺度。这为我们的各向同性假设提供了一些理由，并将可能的仪器伪影限制在小尺度上。
2014-02-24 astro-ph.SR
First observational application of a connectivity--based helicity flux density
测量日冕中的磁螺旋度分布有助于理解太阳爆发事件的触发，因为磁螺旋度被认为在太阳活动中起着关键作用，因为它的守恒性质。最近发展了一种计算螺旋度通量光球分布的新方法。该方法考虑了磁场的连通性，而以前的方法仅基于光球特征。这种新的方法映射的磁螺旋度在活动区的真实注入。我们首次将这种方法应用于观测到的活动区域NOAA 11158，该区域是强烈耀斑活动的来源。我们使用SDO/HMI仪器的高分辨率矢量磁图来计算光球通量输运速度，并进行非线性无力磁场外推。我们确定和比较的磁螺旋度通量分布，使用一个纯粹的光球，以及基于连通性的方法。虽然新的基于连通性的方法证实了NOAA 11158中螺旋度通量的混合模式，但它也揭示了螺旋度注入的不同且更正确的分布。这种分布对于解释活动区喷发的可能性很重要。基于连通性的方法是一种计算磁螺旋度通量的稳健方法，可用于研究磁螺旋度与观测活动区喷发率之间的联系。
2013-07-10 astro-ph.SR
Successive Injection of Opposite Magnetic Helicity in Solar Active Region NOAA 11928
理解光球螺旋度通量传输的性质和演化是揭示磁螺旋度在太阳活动区日冕动力学中作用的关键。利用SDO/HMI光球矢量磁图和导出的流速场，我们计算了AR 11928出现期间12分钟的边界驱动螺旋度通量。考虑到非线性无力外推定义的足点连通性，我们推导并分析了螺旋度通量图的校正分布。在AR稳定出现期间，光球螺旋度通量注入的符号发生变化。这一逆转证实了光球电流的演变和日冕的连通性，在EUV波长观察SDO/AIA。在出现的前三天，AR日冕螺旋度是积极的，而后来的字段配置接近一个潜在的领域。正如理论上预期的那样，磁螺旋度抵消与增强的日冕活动有关。研究表明，边界驱动的全球AR磁结构的手征性的转变。这可能是由于磁通绳在其顶点周围具有正扭转而在其腿中具有负扭转的结果。这种混合螺旋度通量绳在对流区的起源是具有挑战性的模式。
2016-11-02 astro-ph.SR
Evolution of Magnetic Helicity During Eruptive Flares and Coronal Mass Ejections
在爆发性太阳耀斑和日冕物质抛射期间，具有大量过剩磁能的非盆状磁弧变得不稳定并重新连接。它产生了一个扭曲的喷发通量绳，并留下了一个剪切的热日冕环拱廊。我们建议：喷发磁绳的扭转可以由磁通量和磁螺旋度的守恒以及磁螺旋度的均分来确定。它取决于喷发前初始构造的几何形状。两种情况下被认为是，在第一个磁通绳是不存在的最初，但在喷发过程中创建的重联。在第二种情况下，磁通绳是目前在拱廊下的喷发前状态，和喷发和重联的影响是增加一定量的磁螺旋度，这取决于磁通的绳子和拱廊和几何形状。
2016-07-13 astro-ph.SR
Determining the Transport of Magnetic Helicity and Free Energy in the Sun's Atmosphere
磁自由能的有效性和磁螺旋度守恒的约束是决定日冕活动的重要因素。直接测量日冕体积中的螺旋度和磁自由能是困难的，但它们的值可以通过测量螺旋度和通过光球的自由能传输率来估计。我们研究这些传输率的拓扑开放系统，如日冕，其中的磁场有一个非零的正常成分在边界处，并推导出一个新的公式螺旋度传输率的边界。此外，我们推导出新的表达式螺旋度运输由于通量出现/淹没与光球水平运动。我们的公式的关键特征是它们是明显的规范不变的。我们的结果是有点违反直觉的，只有层状电场产生的表面电位跨边界传输螺旋度，和螺线管电场产生的表面流函数不有助于螺旋度传输。我们讨论这个结果的物理解释。此外，我们推导出的自由能传输率的表达式，并表明，自由能传输跨越边界的必要条件是在表面上存在一个封闭的磁场，表明有电流系统内的体积。我们讨论了这些结果的影响，使用光球矢量磁场和速度场的测量，得出太阳日冕螺旋度和磁自由能，然后可以用来约束和驱动模型的日冕活动。
2019-07-24 astro-ph.SR
On the reliability of magnetic energy and helicity computations based on nonlinear force-free coronal magnetic field models
我们证明了灵敏度的磁能和螺旋度的计算质量的基础日冕磁场模型。我们将Wiegelmann & Inhester（2010）的方法应用于一系列SDO/HMI矢量磁图，并讨论了基于两组不同自由模型参数的非线性无力（NLFF）解。这两个时间序列在其无力和螺线管性质方面彼此不同。一致的NLFF解决方案需要无力和无发散。为了确保规范独立性，螺线管特性的完全满足是相对磁螺旋度定义中固有的。我们将两种不同的磁螺旋度计算方法（Thalmann等人，2011年; Valori等人，2012年）应用于两个NLFF时间序列，发现输出高度依赖于NLFF磁场满足无发散条件的水平，计算的磁能不如相对螺旋度敏感。代理的非潜在性和喷发性来自这两个数量也强烈依赖于螺线管性质的NLFF字段。作为未来应用的参考，我们提供了定量阈值的力和发散的自由，为保证可靠的计算磁能和螺旋度，以及它们相关的喷发代理。
2019-07-02 astro-ph.SR
Filament Channel Formation Via Magnetic Helicity Condensation
太阳大气的一个主要的无法解释的特征是磁剪切的积累，在灯丝通道的形式，在光球极性反转线（PIL）。除了自由能，这个剪切也代表了磁螺旋度，它在重联下是守恒的。在本文中，我们解决的问题，细丝通道的形成，并显示他们如何获得他们的剪切和磁螺旋。使用自适应精化磁流体动力学求解器（ARMS）的三维模拟的结果，支持由\citet{Antiochos13}开发的磁螺旋度凝聚的细丝通道形成的模型。本文研究了一个以PIL为边界的含有冕洞（CH）的准势流系统的超颗粒扭曲。由小尺度光球运动注入的磁螺旋度被证明是逆级联的，直到定义闭合通量系统的最大允许尺度：PIL和CH。该过程产生剪切和平滑的场线，并在相反的意义上剪切在PIL和CH。累积螺旋度和剪切通量被证明是在良好的定量协议与螺旋度冷凝模型。我们提出了一个详细的模拟分析，包括我们的分析和数值结果的比较，并讨论其影响的意见。
2014-11-19 astro-ph.SR
Changes of Magnetic Energy and Helicity in Solar Active Regions from Major Flares
磁自由能为太阳耀斑和日冕物质抛射（CME）提供动力，磁螺旋度的积累可能在随后爆发的不稳定结构的发展中发挥作用。为了更好地理解能量和螺旋度在大型耀斑和爆发中的作用，我们描述了2010年至2017年与21个X级耀斑相关的磁能和螺旋度的演变。我们的样本包括封闭和喷发事件，每类分别有6和15个。使用HMI矢量磁场观测从几个小时前到几个小时后，我们使用（a）差分仿射速度估计矢量磁图（DAVE 4VM）来确定光球的能量和螺旋度通量，和（b）非线性无力场（NLFFF）外推估计源区域场的能量和螺旋度的日冕含量。利用叠加历元分析（SPE），我们发现：（1）爆发后几小时内，磁能和螺旋度、光球通量和日冕物质含量均呈下降趋势，而封闭事件的相对螺旋度变化不明显;（2）爆发事件中光球场的扭曲度显著增加，在约束事件中扭曲不确定性太大而不能约束扭曲变化（以及在受限事件中较低的整体扭曲）;（3）在较长的时间尺度上（事件时间+12小时），自由磁能和螺旋度含量补充到接近事件前水平的喷发事件。对于爆发事件，磁螺旋度和日冕模型中的自由能在耀斑后明显降低，降低的量与每个区域的耀斑前含量成正比。
2022-11-18 astro-ph.SR
