Polar Field Puzzle: Solutions from Flux-Transport Dynamo and Surface Transport Models
第23太阳活动周的极区磁场比第22太阳活动周弱约50%。解决这个难题的唯一理论模型是表面传输模型和通量传输发电机模型。比较从数值模拟使用表面通量传输模型和通量传输发电机模型得到的极场,我们表明,这两类模型可以解释的物理范围内的极场功能包括在各自的模型。在这两种模式中,极场如何随纬向环流的变化而变化取决于所用纬向环流廓线的细节。使用物理推理和示意图,以及从磁通量传输发电机模型的数值解,我们证明,极场主要是由倾斜,双极活动区的衰减所提供的表面极向源的强度。在通量输送发电机模式中,纬向气流随纬度的廓线及其随时间的变化比在地面输送模式中的影响小得多。
2011-04-01 astro-ph.SR
Polar branches of stellar activity waves: dynamo models and observations
恒星活动数据提供了活动波分支向极地传播而不是向赤道传播的证据(太阳情况)。恒星发电机理论允许向极传播发电机波的某些管理参数。我们试图将观测和理论结合起来,将我们的研究限制在最简单的平均场发电机模型上。我们建议一个粗略的初步系统化的极性活动分支的报告情况。然后,我们提出的发电机模型模拟结果,其中包含磁结构与极性发电机波,并确定模型,看起来最有希望解释的纬度分布的点在矮星。这些模型需要恒星自转定律的特定特征,因此对极地活动分支的观测可能会限制恒星的内部自转。具体来说,我们发现它不太可能是一个明显的极向分支可以与太阳一样的内部旋转配置文件,而它可以更容易地复制的情况下,一个圆柱形的旋转法律适合快速旋转。我们强调的情况下,亚巨星组成部分的积极密切的二进制HR 1099,最好的调查,提出了最严重的问题,发电机的解释。我们的最佳模型需要在半径上分开的两个层中的发电机作用。极区活动分支的观测为理解恒星活动机制和内部自转提供了有价值的信息,因此值得进行深入的观测和理论研究。目前的恒星发电机理论似乎足够强大,以适应现象。
2011-05-05 astro-ph.SR
Grand Minima and Equatorward Propagation in a Cycling Stellar Convective Dynamo
三维磁流体动力学(MHD)滞弹性球谐函数(ASH)代码,使用斜率限制扩散,捕捉对流和发电机过程中实现的全球尺度恒星对流模拟的模型太阳质量的恒星旋转在三倍的太阳率。发电机产生的磁场具有许多时间尺度,大约每6.2年发生一次显著的极性周期。磁场形成大规模的环形圈,其形成与低Rossby数的对流在这个模拟。极性反转与大尺度磁场的弱差旋转和电阻性崩溃有关。赤道迁移的磁场,这是由于强烈的调制的差异旋转,而不是发电机波。来自赤道的磁通量向极迁移最终导致高纬度磁场极性的反转。该模拟还进入了低纬度地区持续约16年(约2.5个极性周期)的磁能减少的间隔,在此期间极性周期被破坏,之后发电机恢复其常规极性周期。对这个最小值的分析表明,它可能是通过对称和反对称发电机家族的相互作用而产生的。这种间歇性发电机状态可能是由于模拟相对较低的磁普朗特数。基于平均场的分析表明,该发电机模拟是$α$ - $Ω$型。的时间尺度,似乎是相关的磁极性反转也确定。
2015-07-10 astro-ph.SR
Cycling Dynamo in a Young Sun: Grand Minima and Equatorward Propagation
我们评估的全球规模的发电机行动中实现了一个类似太阳的恒星以三倍于太阳的速度旋转的模拟。三维磁流体滞弹性球谐程序,使用斜率限制扩散,捕捉对流和发电机过程中这样一个年轻的太阳。模拟是在一个球壳,包括3.8密度尺度高度的太阳能对流区。我们发现,发电机行动具有高度的时间变化发生,许多周期性的极性反转每6.2年。磁场能量也会有规律地上升和下降,完成一个极性周期需要两个磁场能量周期。这些磁能循环是由洛伦兹力对差动旋转的反馈引起的,而极性反转是由于赤道发电机和极地发电机的空间分离而存在的。此外,赤道迁移的环向场被发现,这是联系到不断变化的差异旋转和近地面剪切层。这个模拟也进入了一个持续大约20年的最小值,之后发电机恢复了其正常的极性周期。
2013-10-31 astro-ph.SR
Solar small-scale dynamo and polarity of sunspot groups
为了阐明小尺度发电机在太阳磁场形成中的可能作用,我们提出了一个基于反Hale黑子群统计的小尺度发电机作用的观测检验。正如我们已经表明的,根据理论预期,小尺度发电机作用必须提供不遵循黑尔极性定律的太阳黑子群,并且这些黑子群在时纬图上的密度预计与太阳周期的相位无关。相应地,一个百分比的反黑尔集团预计将达到其最大值在太阳活动极小期。在几个太阳活动周期中,我们考虑了包括我们在内的几个科学小组获得的反黑尔集团的统计数据,发现反黑尔集团的百分比在太阳活动极小期确实达到最大。我们的解释是,这一事实可以解释的小尺度发电机的行动内的太阳对流区。
2015-05-07 astro-ph.SR
Inferring Quadrupolar Dynamo Mode from Sunspot Statistics
长期观测太阳活动的南北不对称性要求赤道对称(四极)模式存在于太阳磁场中,与占主导地位的反对称(偶极)模式一致。本文提出把太阳黑子面积作为地下环形磁通量的代理,从太阳黑子数据中推断太阳发电机的四极模式。根据Hale的黑子极性规则,将南北半球的环面伪通量(PF)定义为带有正负号的黑子面积。统计相关分析和小波分析,因此定义的PF揭示四极振荡的周期约为16年,幅度约为0.17相对于占主导地位的22年偶极模式的振幅。
2022-11-11 astro-ph.SR physics.space-ph
Recovery of the Solar Cycle from Maunder-like Grand Minima Episodes: A Quantification of the Necessary Polar Flux Threshold through Solar Dynamo Simulations
本研究通过带随机强迫的数千年太阳发电机模拟,量化了太阳从类蒙德极小期的大极小事件中恢复、重启极性反转所需的极区磁通量阈值,发现大极小期时长与起始速率无关,提出了大极小期恢复的预测方法,同时指出大极小期起始预测仍存挑战。
2025-09-04 astro-ph.SR
Convective Dynamo Simulation with a Grand Minimum
评估了在模拟以太阳速度三倍旋转的类太阳恒星中实现的全球尺度发电机作用。三维MHD滞弹性球谐函数(ASH)的代码,增加了粘度最小化计划,捕捉对流和发电机过程中,这G型星。模拟是在一个球壳,包括3.8密度尺度高度的太阳能对流区。结果发现,发电机的行动与高度的时间变化发生,许多周期性的极性反转发生大约每6.2年。磁能也有规律地上升和下降。磁能量循环产生于洛伦兹力对差动旋转的反馈,而导致极性反转的过程则更为复杂,似乎是由对流与平均环向场的相互作用引起的。此外,赤道迁移的环向场被发现,这是联系在一起的变化的微分旋转,并可能到一个非线性发电机波。这个模拟也进入了一个持续大约20年的大极小期,之后发电机恢复了其正常的极性周期。
2015-03-13 astro-ph.SR
Quiet Sun magnetic fields observed by Hinode: Support for a local dynamo
日之出任务揭示了覆盖安静太阳的大量水平通量。局部发电机作用已被提出来解释这种通量的存在。我们试图通过研究2006年11月至2012年5月期间在安静太阳的圆盘中心可检测到的偏振信号的长期变化来测试Hinode检测到的安静太阳通量是由于本地还是全球发电机,特别强调互联网中的弱信号。调查的重点是线集成圆极化V_tot和线性极化LP_tot的配置文件,从铁I 6302.5 μ m的吸收线在日出SOT/SP。圆和线性极化信号显示,从2006年到2012年,所选像素的分数没有整体变化。在该时间间隔内,磁通量也没有变化。视线磁通量的概率密度函数(PDF)在2007年可以用指数α=-1.82 \pm 0.02的1.17 x 10^17 Mx到8.53 x 10^18 Mx的幂律拟合。所有年份α的变化不超过1σ的显著性。线性偏振特征也符合幂律,2007年指数α=-2.60 \pm 0.06。从其他年份的线性偏振PDF导出的指数也没有显着变化。我们的研究结果表明,无处不在的水平极化的边缘上的明亮的颗粒所看到的Hinode是不变的,在最低的周期23。这支持了弱圆极化和线极化主要是由独立的局部发电机引起的观点。
2013-07-02 astro-ph.SR
Spatial Nonlocality of the Small-Scale Solar Dynamo
我们探索的性质,小规模的太阳能发电机跟踪磁功能。我们调查了两个以前探索的小规模太阳发电机类别:浅和深。最近对浅层发电机的建模工作已经产生了一些方案,说明强网络集中如何影响附近小尺度磁性特征的形成和极性。这些场景都有可测量的特征,我们在这里使用Hinode上的窄带滤波成像仪(NFI)的磁图进行测试。我们没有发现新形成的磁性特征聚集在网络集中周围或远离网络集中的统计趋势,我们也没有发现它们的极性之间的任何统计关系。我们的结论是,有没有浅或“表面”发电机的空间尺度上观察到的Hinode/NFI。根据这些结果,我们提供了一个场景,其中在一个深太阳发电机的次表面场被拉伸和扭曲通过湍流,使外地出现在光球上的随机位置。
2014-04-12 astro-ph.SR
A Double-Ring Algorithm for Modeling Solar Active Regions: Unifying Kinematic Dynamo Models and Surface Flux-Transport Simulations
倾斜双极活动区的出现及其通量的分散,通过扩散,差异旋转和纬向环流等过程被认为是太阳极场逆转的原因。这个过程(通常称为Babcock-Leighton机制)通常被建模为近表面的,空间分布的$α$效应在运动学平均场发电机模型。然而,这种配方导致极场强度和纬向流速度之间的关系,这是相反的建议,通过物理洞察力和预测的表面通量输运模拟。考虑到这一点,我们提出了一个改进的双环算法建模的Babcock-Leighton机制的基础上,活动区喷发,在一个轴对称发电机模型的框架内。使用表面通量输运模拟,我们首先表明,一个轴对称的制定-这通常是在运动发电机模型调用-可以合理地近似的表面通量动态。最后,我们表明,我们的治疗Babcock-Leighton机制,通过双环喷发导致极场强度和纬向流速度之间的反比关系,如预期的那样,调和表面通量输运模拟和运动发电机模型之间的差异。
2010-08-10 astro-ph.SR
Formation of starspots in self-consistent global dynamo models: Polar spots on cool stars
对冷恒星的观测揭示了它们表面的暗斑状特征。与太阳黑子相比,恒星黑子可以更大或覆盖恒星表面的更大部分。虽然太阳黑子只出现在低纬度地区,但在极地地区也可以发现星斑,特别是在快速旋转的恒星上。太阳黑子被认为是由于太阳内部深处升起的磁通量管爆发而产生的。强磁场局部地减少了到太阳表面的对流热传输。这种通量管模型也被用来解释星点的性质。然而,这些模型使用了几个简化,到目前为止,太阳黑子或恒星黑子的产生还没有被证明在恒星磁对流的自洽模拟。在这里,我们表明,直接数值模拟的分布式发电机在密度分层旋转球壳可以自发地产生冷点。模型内部的对流产生大尺度的磁场,与近地表颗粒对流相互作用,导致强烈的磁通量集中和星点的形成。在模式中,形成相当大的高纬度斑点的先决条件是足够强的密度分层和快速旋转。我们的模型提出了一种替代机制的星点形成分布式发电机行动。
2014-11-20 astro-ph.SR
A theoretical study of the build-up of the Sun's polar magnetic field by using a 3D kinematic dynamo model
我们开发了一个三维的运动学自我维持的太阳发电机模型,其中的极向场的产生是从倾斜的双极太阳黑子对放置在太阳表面的强环向场的区域上方,通过使用SpotMaker算法,然后这个极向场的速度跃层的运输主要是由湍流扩散引起的。在一定的参数范围内,我们得到了一个偶极解。我们使用这个模型来研究极性磁场的建立,并表明,从表面通量输运(SFT)模型获得的一些见解必须进行修订。我们把一个双极黑子对放在一个半球上,把两个对称的黑子对放在两个半球上,结果发现它们产生的极场由于低纬极向通量的向上平流而消失,出现相反符号的径向通量,然后被纬向流向极向平流输送。我们还研究了一个大的太阳黑子对,违反黑尔的极性定律将在极场的效果。我们发现会有一些影响-特别是如果反黑尔对在周期的中期出现在高纬度地区-尽管这种影响不是很明显。
2017-01-25 astro-ph.SR
Nonlinear regimes in mean-field full-sphere dynamo
利用平均场发电机模型研究了一颗质量为0.3 $M_{\odot}$、自转周期为10天的完全对流恒星的非线性发电机区。对于湍流磁Prandl数参数$Pm_{T}=3$的中间值,我们发现了周期约为40年的振荡发电机区。较高的$Pm_{T}$导致较长的发电机周期。如果大尺度流动是固定的,我们发现发电机从轴对称过渡到非轴对称的区域的超临界参数的$α$效果。由于非轴对称非线性$α$效应,发电机状态发生变化。这种情况仍然存在于完全非线性发电机模型的磁反馈的角动量平衡和热输运的恒星。研究发现,大尺度磁场淬灭了恒星本体的纬向剪切。然而,强烈的径向剪切作用在恒星的次表层。在非线性的情况下,恒星内部的角速度的轮廓变得接近球面。这支持了轴对称磁场发电机波向赤道方向的迁移。结果表明,该恒星的磁位形以规则的非轴对称模式m=1为主,在极区形成强(>500 G)极向磁场的阴阳磁极性图案.
2016-09-15 astro-ph.SR
Solar activity simulation and forecast with a flux-transport dynamo
我们提出了一个扩散主导的平均场轴对称发电机模型在再现历史太阳活动和预测太阳活动周25的评估。以前的研究指出,太阳的极地磁场是预测太阳活动的重要指标。由于观测数据记录减少,仅从1976年开始,使用这一替代物的扩展研究受到阻碍。然而,人们认识到需要一个太阳能发电机模型,在各种活动情况下进行充分的验证,以提高理论标准。本研究旨在探索利用日震学数据和重建的太阳极地磁场,以促进发展可靠的太阳活动预报。该研究是基于观测推断的差异旋转形态,以及通过半球太阳黑子面积记录使用人工神经网络方法观测和重建的极场。结果表明,一致的再现历史太阳活动的趋势与增强的结果,通过引入一个前兆上升时间系数。预测弱太阳周期25,其具有相对于当前周期24的缓慢上升时间和最大活动$-14.4 \%$($\pm 19.5\%$)。
2018-06-28 astro-ph.SR
North-south asymmetry of solar dynamo in the current activity cycle
对当前太阳活动周期中极区磁场反转的南北不对称性提出了解释。Babcock-Leighton机制对极向场产生的贡献是利用当前活动周期的太阳黑子数据估计的。分别对北半球和南半球进行估计。在周期的初始阶段,北半球的贡献大大超过南半球。这可能是北极磁场较早逆转的原因。Babcock-Leighton机制的估计贡献远小于以前活动周期的类似估计。预计下一个活动极小期将有一个相对较弱(<1G)的大尺度极场。
2014-06-27 astro-ph.SR
The mean-field solar dynamo with double cell meridional circulation pattern
日震学的最新发现以及太阳全球动力学直接数值模拟的进展表明,在每个太阳半球,赤道环流形成了对流区中沿赤道的两个单元。我们研究了具有这种双胞双对称环流的平均场太阳发电机的性质。发电机模型还包括现实的太阳差旋转(包括速跃层和地下剪切层)的配置文件,并考虑到湍流泵,各向异性湍流扩散率和磁螺旋守恒的影响。相反,以前的磁通量传输发电机模型,它被发现,发电机模型可以鲁棒地再现太阳磁循环的基本属性为广泛的模型参数和环流速度。当纬向环流的表面速度约为12 m/s时,与观测结果的符合最好。对于这种环流速度,模拟的太阳黑子活动与极区磁场表现出良好的同步性。在过去的太阳黑子周期21和22中确实观察到了这种同步。我们比较了太阳黑子数和极场强度的理论和观测相图,并讨论了第23周的特殊性质。
2013-06-08 astro-ph.SR
Modeling Solar Cycles 15 to 21 Using a Flux Transport Dynamo
内容:太阳活动极小期前后的极场和开放通量被认为与随后的太阳活动极大期的强度密切相关。目的:我们的目标是调查的行为的巴布科克-莱顿发电机与源极向项是基于观测到的太阳黑子面积和倾斜。特别是,我们调查是否在对流区底部的环形场的模式与观测到的太阳活动周期的最大值。研究方法:我们使用了一个通量传输发电机模型,包括对流泵和极向源项的基础上的历史记录的太阳黑子群的面积,位置和倾斜角模拟太阳活动周期15至21。结果如下:我们发现,极场附近的极小值和在对流区底部的环形通量都与随后的太阳活动水平的极大值高度相关(r = 0.85和r = 0.93,分别)。结论:Babcock-Leighton发电机与观测推断的相关性一致。
2013-04-21 astro-ph.SR
A simulation of convective dynamo in the solar convective envelope: maintenance of the solar-like differential rotation and emerging flux
我们报告的结果的磁流体动力学(MHD)模拟的对流发电机在一个模型太阳对流信封驱动的太阳辐射扩散热通量。对流发电机产生大规模的平均磁场,表现出不规则的周期性行为的振荡时间尺度范围从约5至15年,并经历不规则的极性反转。平均轴对称环向磁场在两个半球中符号相反,并且集中在对流区的底部。磁场的存在被发现在对流发电机模型中类太阳差异自转的自洽维持中起着重要的作用。如果没有磁场,对流驱动具有更快旋转的极区的差异旋转。在磁对流中,我们发现在表面出现了强超均分通量束,表现出类似于新兴太阳活动区的特性。
2014-05-15 astro-ph.SR
Magnetic dynamos in white dwarfs -- I. Explaining the dearth of bright intermediate polars in globular clusters
最近,Bahramian等人研究了一个大样本的球状星团(GC),发现明亮的中间极(IP)在GC中的频率比在银河系中的频率低10倍。我们在这里从理论上研究这种差异的基础上GC数值模拟。我们发现,由于破坏性动力学相互作用,平均只有一半的明亮IP祖细胞减少,这显然不足以解释观察到的缺陷。然而,如果旋转和结晶驱动的发电机的情况下,最近提出的Schreiber等人。被纳入模拟中,观察到的稀有明亮的IP在GC可以重现。这是因为GC中明亮的激变变星通常是非常古老的系统($\gtrsim$ 10 Gyr),白矮星在质量转移开始之前几乎完全结晶,这不允许产生强磁场。如果通过合并动态形成的明亮激变变星中有三分之一左右的变星具有与IP相似的磁场强度,则可以恢复GC中明亮IP的观测质量密度。我们的结论是,所观察到的缺乏明亮的IP在GC是一个自然的后果,新提出的旋转和结晶驱动的发电机的情况。
2021-05-24 astro-ph.GA astro-ph.SR
Solar cycle asymmetry as a consequence of fluctuations in dynamo parameters
在太阳活动周期中,活动增长的持续时间平均短于其下降的持续时间。这种不对称性可能是由发电机参数的波动引起的。一个太阳发电机模型与波动的$α$ -效应显示的统计不对称性增加波动幅度和相干时间。不对称起源的解释建议,它预测的不对称性措施和延迟的极场反转相对于活动最大值之间的相关性。最近12个太阳活动周期的数据证实了这种相关性。
2018-06-14 astro-ph.SR
Global-scale wreath-building dynamos in stellar convection zones
当像我们的太阳这样的恒星年轻时,它们旋转迅速,磁性非常活跃。本文用三维磁流体滞弹性球谐程序研究了快速旋转太阳中的发电机作用。这些发电机中的磁场在全球范围内组织成跨越对流区的花环状结构。构建花环的发电机可以经历准循环极性反转,这种行为在我们已经能够探索的参数空间中很常见。这些发电机似乎并不需要战术线来实现其空间或时间组织。在所有的旋转速率下,都存在一定程度上的绕圈发电机,但在更快速旋转的模拟中最为明显。
2010-11-01 astro-ph.SR
The Sun's polar magnetic field: datasets, proxies and theoretical issues
太阳的极性磁场是发电机过程某些方面的表现,是预测太阳黑子周期开始前的良好前兆。虽然从1970年代中期开始才有对这一场的实际天气测量,但在各种代用指标的帮助下,现在已经有可能确定它自20世纪初以来的演变情况。最近开发的三维动态发电机模型可以研究建立的太阳的极地磁场比早期的表面通量传输模型更现实。
2018-10-12 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
Dynamo Saturation in Rapidly Rotating Solar-Type Stars
太阳型恒星的磁活动一般随恒星自转速率的增加而增加。然而,对于快速旋转,增加饱和。恒星发电机的巴布科克-莱顿机制在活动区的平均倾角接近90度时也达到饱和。磁活动的饱和可能是巴布科克-莱顿机制的这一性质的结果。构造了倾斜角与自转速率成正比的恒星发电机模型来探讨这一观点。两个版本的模型-治疗的倾斜角度全球和使用乔伊的法律,其纬度依赖性-被认为是。两种模型都显示出在高转速下发电机产生的磁通量饱和。与纬度相关的倾斜角的模型也显示了发电机制度的变化在饱和区。新机制将低纬度的循环发电机与(几乎)稳定的极地发电机结合起来。
2015-10-14 astro-ph.SR
A joined model for solar dynamo and differential rotation
本文提出了一个与全球流和数值方法相一致的太阳发电机模型,该模型采用了微分自转模型。磁湍流扩散率用熵梯度表示,由模型方程控制。α效应的磁普朗特数和纬向分布通过拟合计算的活动周期和观测的磁场的赤道对称性来确定。极场反转的时刻和场的时纬图也与观测相一致。极向场在极区具有约10Gs的最大幅度。数千高斯的环向场集中在对流区底部附近,并通过纬向流向赤道输送。该模型预测太阳对流区大尺度磁场的总磁能值约为10^37尔格。
2016-12-22 astro-ph.SR
A mean-field Babcock-Leighton solar dynamo model with long-term variability
基于Babcock-Leighton机制的发电机模型成功地再现了太阳磁场的大部分动力学特征。然而,考虑到这样的模型仅在较低的磁场阈值以上操作,它们不提供表征自维持发电机的适当的磁场再生过程。本文考虑了在平均场轴对称运动学数值模型中Babcock-Leighton方案的附加α效应的存在性。两种极向场再生机制都用两种不同的强度限制因子处理。除了太阳的反对称宇称行为,主要的太阳功能再现:周期性极性反转,中纬度赤道迁移的强环向场,极面径向场向极迁移,和两者之间的正交相移。解决方案的长期变异性表现出长时间的最低活动,然后是后恢复,类似于观察到的蒙德最低。根据对最小活动期间剩余活动的分析,我们认为这是由于α效应在再生极向场方面优于Babcock-Leighton机制所造成的。
2013-07-15 astro-ph.SR
Mean-Field Modeling of $α^2$-Dynamo Coupled with Direct Numerical Simulations of Rigidly Rotating Convection
采用笛卡尔几何直接数值模拟方法,探讨了刚性旋转分层对流中大尺度发电机的机制。一个平均场发电机模型也构造使用湍流速度剖面一致提取相应的DNS结果。通过DNS和我们的平均场模型之间的定量比较,它表明,振荡的$α^2$发电机波,激发和维持在对流区,是负责大规模的磁活动,如周期性极性反转和时空迁移。结果提供了强有力的证据表明,不均匀的$α$效应,这是一个自然的旋转分层对流的结果,可以是一个重要的先决条件,大规模恒星发电机,即使没有$Ω$效应。
2014-09-22 astro-ph.SR
Incorporating Surface Convection into a 3D Babcock-Leighton Solar Dynamo Model
光球上观测到的对流(例如,超粒化(supergranulation,granulation)在从太阳黑子场产生大尺度极场的Babcock-Leighton(BL)过程中起关键作用。在大多数的地面通量输运(SFT)和BL发电机模式中,地面场的扩散和迁移被模拟为有效的湍流扩散。最近的SFT模型已纳入明确的,现实的对流流动,以提高对流传输的保真度,但据我们所知,这还没有实现在以前的BL模型。由于大多数通量输运(FT)/BL模型是轴对称的,它们没有能力包括这样的流动。我们提出了第一个运动学三维FT/BL模型,明确纳入现实的对流太阳观测的基础上。虽然我们描述了一种方法来概括这些流到3D,我们发现,他们产生的运动学小规模发电机动作破坏的循环发电机的操作。通过限制对流仅作用于磁场的垂直径向分量来找到循环解。获得的结果通常与观察到的表面通量演变以及湍流扩散率为$3 \times 10^{12}$ cm $^2$ s $^{-1}$(300 km $^2$ s $^{-1}$)数量级的非对流模型非常一致。然而,我们发现,湍流扩散系数的使用低估了发电机效率,产生较弱的平均场和较短的周期比对流模型。此外,对流模式在极地地区表现出混合极性带,在太阳观测中没有对应的。此外,显式计算的湍流电动势(emf)与扩散通量几乎没有相似之处。我们还发现,极向通量的向极迁移速度主要由纬向流和垂直扩散决定。
2018-04-09 astro-ph.SR
Stellar dynamo models with prominent surface toroidal fields
最近对太阳型恒星的分光偏振观测表明,光球磁场的存在具有主导的环形分量。如果假设外场是无电流的,就不可能在标准平均场发电机理论的框架内解释这些观测结果。在这项工作中,它将表明,如果这些恒星的日冕场被假定为谐波,基本的恒星发电机机制可以支持光球磁场具有突出的环形分量,即使在存在的轴对称磁拓扑结构。特别是有人认为,所观察到的低质量快速旋转恒星的环向能量的增加可以自然地解释与一个潜在的$αΩ$机制。
2016-12-01 astro-ph.SR
Dynamo-generated magnetic fields in fast rotating single giants
红巨星为研究磁场和恒星演化的相互作用提供了一个很好的机会。利用法国南峰伯纳德·李奥望远镜(TBL)的分光偏振计NARVAL和LSD技术,我们开始了对单个G-K-M巨星的磁场的测量。早期的结果包括6个快速旋转巨星的MF-探测,以及第一次直接在演化的M-巨星EK Boo中探测到磁场。我们的结果可以用$α$ -- $ω$发电机在这些巨星系中运行的术语来解释。
2009-01-12 astro-ph.SR
Differential Rotation in Solar Convective Dynamo Simulations
利用磁流体动力学(MHD)方法模拟了太阳辐射扩散热驱动下的旋转太阳对流包层中的对流发电机。该模拟类似于Fan & Fang(2014)中报道的模拟,但具有进一步降低的粘度和磁扩散。由此产生的对流发电机产生了一个大尺度的平均场,表现出类似的不规则的周期性行为和极性反转,并自洽地保持了类似太阳的差异旋转。类太阳差异旋转(赤道旋转更快)的主要驱动力是雷诺应力导致角动量从旋转轴向外净传输,我们发现这种传输随着粘度降低和磁扩散而增强。
2015-12-25 astro-ph.SR
Alleviation of catastrophic quenching in solar dynamo model with nonlocal alpha-effect
Babcock-Leighton型非定域α效应由于磁螺旋度守恒而不易发生灾难性猝灭。这是一个发电机模型,它联合应用非局部α效应,抗磁泵,和磁α效应的动力学方程。相同的模型显示灾难性的淬火时,α效应改变其本地配方。非局部模型显示了偶极对称磁场的优先激发,其振荡周期约为10年,并且具有约1000倍的环极场比。
2011-01-17 astro-ph.SR
Latitude Quenching Nonlinearity in the Solar Dynamo
本文基于1923–1985年磁谱斑与太阳黑子观测,比较太阳发电机的倾角淬灭和纬度淬灭机制,并通过表面磁通量输运模型表明纬度淬灭占主导,发电机有效范围小于10度。
2024-12-03 astro-ph.SR
Exploring Bistability in the Cycles of the Solar Dynamo through Global Simulations
太阳磁场的名片是太阳黑子周期,在此期间,太阳黑子每11年定期反转其极性。然而,一些更复杂的时间依赖性行为也已被确定。特别是,当太阳黑子出现在某些太阳黑子或优先出现在一个半球时,存在与活跃的太阳黑子和半球不对称性相关的时间调制。到目前为止,这种不对称的时间行为与太阳发电机之间的直接联系仍然难以捉摸。在这项工作中,我们提出的结果,从全球,三维磁流体动力学(MHD)模拟,这是第一次显示两个行为让人想起太阳黑子周期(定期极性反转和赤道迁移的内部磁场)和不对称,不规则的行为,在模拟中,我们解释为活跃的赤道和半球不对称。因此,这些模拟是不稳定的,因为湍流对流可以在不同的时间稳定地支持两种不同的磁性,叠加,或者从一种状态到另一种状态的平滑过渡。我们讨论这个新的家庭的发电机模型的背景下,太阳表面磁场与太阳和日光层天文台(SOHO)和太阳动力学天文台(SDO),以及早期的观测太阳黑子数和天气图。我们认为,太阳发电机本身可能是在性质上,表现出两种类型的时间行为的磁场。
2020-03-30 astro-ph.SR
Global-scale Magnetism (and Cycles) in Dynamo Simulations of Stellar Convection Zones
年轻的太阳型恒星旋转迅速,磁场非常活跃。它们表面的磁场可能起源于它们的对流包络,在那里对流和旋转可以驱动强大的发电机作用。在这里,我们探讨了全球规模的恒星对流在快速旋转的太阳使用3-D MHD滞弹性球谐(ASH)代码的模拟。这些发电机中的磁场在全球范围内组织成跨越对流区的花环状结构。我们详细探讨了一种比太阳快五倍的情况。这种发电机模拟,称为案例D5,重复了全球尺度极性的准周期逆转。我们将这种情况D5与我们已经能够探索和讨论的更广泛的模拟家族进行比较,未来的模拟和观测如何促进我们对恒星发电机和磁性的理解。
2010-12-30 astro-ph.SR
Convection and dynamo action in B stars
主序星的大质量恒星拥有对流核心,可能具有强大的发电机作用。为了评估核心对流在这些恒星内的磁场建设中的作用,我们采用了3-D滞弹性球谐(ASH)代码模型湍流动力学在10个太阳质量的主序星(MS)的B型恒星旋转4倍的太阳率。我们发现,强(900 kG)的磁场出现在湍流的核心和渗透到稳定分层的辐射区。这些领域表现出复杂的,随时间变化的行为,包括磁极性的逆转和移动之间的半球占主导地位的总磁能。
2010-11-03 astro-ph.SR
Effects of Penetrative Convection on Solar Dynamo
球形太阳能发电机模拟。采用一种新开发的基于阴阳网格的数值模拟程序,数值求解了对流层下具有稳定分层层的自洽、完全可压缩磁流体动力学系统。通过比较有无稳定层两种模型,研究了穿透对流的影响。在这两个模型中的差分旋转配置文件是合理的太阳与赤道加速度。当考虑穿透对流时,在对流区下方发展并维持一个类似于速斜的剪切层,而不需要假设任何强迫。当湍流磁场在对流运动剧烈的区域中占主导地位时,平均场分量优先在对流运动不太剧烈的区域中组织。特别是在稳定层中,具有偶极对称性的强大尺度场自发地建立起来。无论稳定层的存在与否,平均场分量的极性反转在整个系统中全局同步地发生。我们的研究结果表明,稳定分层层是组织大规模强磁场的关键组成部分,但不是必要的极性反转。
2013-09-11 astro-ph.SR
Starspots, Stellar Cycles and Stellar Flares: Lessons from Solar Dynamo Models
在这篇综述中,我们讨论了目前的太阳发电机模型是否可以外推,以解释恒星活动的各个方面。我们首先总结了以下几种类太阳恒星的数据:(i)多年来来自Ca H/K发射的恒星周期数据;(ii)表明热日冕活动的X射线数据;(iii)星点数据(特别是关于巨大的极点);和(iv)与恒星超耀斑有关的数据。然后介绍了太阳发电机模型的研究现状-介绍了目前比较受欢迎的太阳活动周期模型-通量输运发电机模型。虽然将这个模型外推到类太阳恒星可以解释观测数据的某些方面,但数据的某些其他方面仍然需要理论解释。目前还不清楚我们是否需要一种不同的发电机机制来处理具有巨大星点或产生非常强烈的超级耀斑的恒星。
2016-12-08 astro-ph.SR
A unified large/small-scale dynamo in helical turbulence
我们使用高分辨率的直接数值模拟(DNS)表明,螺旋湍流可以产生显着的大规模领域,即使在存在强大的小规模发电机行动。在运动学阶段,统一的大/小尺度发电机增长领域的形状不变的本征函数,与大多数功率峰值在小尺度或大$k$,如在\citet{SB14}。然而,大规模的领域可以清楚地检测到在小$k$的能量谱的负极化分量与正极化波的强迫作为一个多余的功率。其强度$bar{B}$(相对于总均方根场$B_{rms}$)随着磁雷诺数$R_m$的增加而减小。然而,随着洛仑兹力变得重要,统一发电机产生的场通过在连续更大的尺度上饱和而有序化。表征小尺度场的正极化波的磁积分尺度从运动学阶段到饱和显著增加。这意味着小尺度场在给定的强迫尺度下变得尽可能相干,从而避免了$\bar{B}/B_rms$的$R_m$依赖性猝灭。这些结果是对磁性普朗特数为$P_m=0.1$和$10$的$1024^3$ DNS得到的。对于$P_m=0.1$,$\bar{B}/B_{rms}$在饱和时从大约$0.04$增长到大约$0.4$,在最后阶段由螺旋度耗散辅助。对于$P_m=10$,$\bar{B}/B_{rms}$从远小于0.01增长到$0.2$量级的值。我们的结果证实了螺旋湍流中存在统一的大/小尺度发电机。
2016-06-16 astro-ph.GA astro-ph.SR
Magnetic Cycles in a Convective Dynamo Simulation of a Young Solar-type Star
年轻的太阳型恒星旋转迅速,许多是磁性活跃的;有些经历类似于22年太阳活动周期的磁性周期。我们进行模拟发电机行动在快速旋转的太阳与3D MHD滞弹性球谐(ASH)代码探索发电机行动实现的对流信封的太阳型恒星旋转5倍的当前太阳自转速率。引人注目的全球尺度的磁环出现在湍流对流区的中间,并显示出丰富的时间依赖性。发电机表现出周期性的活动,并经历准周期性的极性反转的全球规模的极向场和环向场的变化,在大约1500天的时间尺度上的意义。这些磁活动模式自发地从湍流中出现,并且在时间和空间上比我们以前对太阳发电机的模拟中实现的更有组织。我们详细评估的竞争过程中的磁场创建和破坏我们的模拟,有助于全球规模的逆转。我们发现,平均环向场主要是通过建立一个$Ω$ -效果,而平均极向场建立湍流的相关性,不一定是一个简单的$α$ -效果。在反转期间,磁环向极地区域传播,这似乎是由向极传播的发电机波引起的。对流中的主要响应涉及轴对称的微分旋转,其显示与向极传播的磁环相关的变化。在太阳中,在扭转振荡的极向分支中观察到类似的模式,这些模式可能代表太阳表面以下深处的极向传播的磁场。[删节]
2011-02-09 astro-ph.SR
Solar dynamo model with nonlocal alpha-effect
第一个结果的太阳能发电机模型,允许反磁效应的非均匀湍流和非局部α效应,由于磁回路的上升进行了讨论。非局域α效应不受与磁螺旋度守恒有关的灾难性猝灭的影响。给定反磁泵浦,磁场集中在对流区的底部附近,尽管分布型模型覆盖对流区的整个厚度。磁循环周期,赤道对称性的字段,它的纬向漂移,并在模型中得到的极-环向场比与观测结果一致。也有一些意见不同意指出改进模型的方法。
2011-03-10 astro-ph.SR
Dynamos in Stellar Convection Zones: of Wreaths and Cycles
我们生活在一颗磁星附近,它的活动周期是由地表下的发电机驱动的。在太阳对流区,自转与等离子体运动相结合,形成高度组织化的磁场,这些磁场在太阳表面爆发,并经历相对规则的极性反转周期。尽管我们离太阳很近,但它的发电机的性质仍然难以捉摸,但对其他太阳型恒星的观察表明,表面磁性几乎是一个普遍存在的特征。近年来,对流和发电机作用的数值模拟取得了长足的发展。全球尺度的组织和循环磁性正在由几个小组在截然不同的太阳和恒星模拟中实现。在这里,我将谈谈在数值方面的进展,包括可能占据恒星对流区的花环状发电机。我将讨论新的模拟之间的相互作用,各类平均场模型,以及当前和即将到来的太阳和恒星观测。
2010-11-12 astro-ph.SR
A Three- dimensional Babcock-Leighton Solar Dynamo Model with Non-axisymmetric Convective Flows
光球上观测到的对流(例如,超粒化(supergranulation,granulation)在从太阳黑子场产生大尺度极场的Babcock-Leighton(BL)过程中起关键作用。在大多数的地面通量输运(SFT)和BL发电机模式中,地面场的扩散和迁移被模拟为有效的湍流扩散。我们提出了第一个运动学三维FT/BL模型,明确纳入现实的对流太阳观测的基础上。获得的结果通常与观察到的表面通量演变以及湍流扩散率为$3 \times 10^{12}$ cm $^2$ s $^{-1}$(300 km $^2$ s $^{-1}$)数量级的非对流模型非常一致。然而,我们发现,湍流扩散系数的使用低估了发电机效率,产生较弱的平均场和较短的周期。
2018-09-18 astro-ph.SR
Evidence for a shallow thin magnetic structure and solar dynamo: the driver of torsional oscillations
太阳发电机和太阳全球内部磁结构(GMS)似乎是一个薄的($\sim$ 2毫米厚)结构附近($\sim$ 1毫米以下)的太阳表面。这些性质的证据是从扭转振荡的振幅及其与太阳磁图的速度等值线关系、色球层的功率、日冕和太阳风的功率、在地球轨道半径处测量的日流片中的电流、计算的大小和太阳磁场的强度等方面得到的。($\sim$ 1 Mm)的膨胀极通量,当它进入光球层;并从太阳磁场活动产生的表面附近的观察。一个薄薄的稳定的最低能量状态似乎覆盖了光球层下方的大部分太阳表面。磁场线应平行于太阳表面,并与距离表面旋转2 $\sim$ 2毫米的$π$弧度。电阻扩散有助于将磁场推到表面,GMS似乎每11年失去一次$π$弧度,导致观测到的180 $^\circ$翻转的太阳磁场,包括翻转的极通量。这颗大湄公河次区域及其消失的进一步证据是,太阳磁共振是由磁化等离子体薄片组成的,这些薄片很可能是大湄公河次区域消失薄片的残留物。损失过程与太阳黑子的蝴蝶图案以及日冕中太阳活动极大期和极小期之间的差异相一致。太阳能发电机驱动电流平行于极通量,这反过来又维持GMS使用交叉场电流驱动。为了完整起见,讨论了太阳黑子、日冕物质抛射和耀斑的形成。
2017-12-04 astro-ph.SR
Observing and modeling the poloidal and toroidal fields of the solar dynamo
上下文太阳发电机包括一个过程,将极向场转换为环向场,然后从环向场产生新的极向场。目标。我们的目标是观察全球太阳发电机相关的极向和环向场,看看它们的演变是否被巴布科克-莱顿发电机捕获。方法.我们使用的天气图的表面径向场从KPNSO/VT和SOLIS天文台构建的极向场作为时间和纬度的函数,和Wilcox太阳天文台和SOHO/MDI的全磁盘图像来推断纵向平均的表面方位场。我们发现,后者是一致的估计,由于磁通出现,因此密切相关的地下环向场。结果我们目前的地图极向和环形磁场的全球太阳发电机。在表面观测到的平均方位场是由磁通出射引起的。在高纬度地区,这一分量跟随极场的径向分量,有很短的时滞(1-3年)。这种滞后在低纬度地区增加。观测到的极向和环向磁场的演变描述的(更新)Babcock-Leighton发电机模型。
2017-10-19 astro-ph.SR
Probing quiet Sun magnetism using MURaM simulations and Hinode/SP results: support for a local dynamo
我们获得的信息磁通量目前在安静的太阳辐射MHD模拟与日出/SP观测比较,特别强调的作用,表面发电机行动。模拟运行与不同的磁雷诺数(Rm)一起使用的观测在不同的日心角与不同程度的噪音。结果表明,模拟与施加的混合极性的字段和RM低于发电机动作的阈值再现所观察到的垂直通量密度,但没有显示足够高的水平通量密度。在目前可行的最高Rm下进行的地面发电机模拟产生了与观测结果一致的水平和垂直通量密度比,但总体振幅太低。基于局部发电机模拟的性质,将磁场强度按因子2 - 3进行试验性缩放,再现了在互联网络区域中观察到的信号。我们发现在不同的日心角的观测协议。我们的分析表明,在光深度单位处,互联网络中的平均场强大约为170 G。我们的研究表明,表面发电机可以负责大部分的磁通量在安静的太阳网络以外的外推到更高的Rm是有效的。
2010-01-13 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
Solar-cycle precursors and predictions
近400年的太阳黑子数资料表明,太阳活动周期的轮廓和振幅都有较大的变化。为了预测太阳活动周期,识别了一些太阳活动周期的前兆。极场和地磁指数是两种最受关注的前兆。太阳活动极小期的地磁变化可能是由太阳极场通过太阳开放通量的连接引起的。极场的稳健预报技巧表明,在Babcock-Leighton通量输运发电机框架内,发电机过程的记忆小于11年。获得短磁记忆的一个可能原因是对流区的高磁扩散率。我们最近的研究表明,径向向下泵送是另一个可能的原因。基于该机制,我们很好地模拟了RGO期间的周期不规则性。这为建立一个标准的基于发电机的模型来预测太阳活动周期提供了可能性。最后,强调了由于黑子出现的非线性和随机机制,极场和前一个周期强度之间没有相关性。
2013-04-21 astro-ph.SR
Dynamo Effects Near The Transition from Solar to Anti-Solar Differential Rotation
MHD数值模拟在理解恒星磁性机制方面发挥着越来越重要的作用。我们提出了模拟的对流和发电机在密度分层的旋转球壳流体。我们采用了一个新的三维模拟代码的物理一致的滞弹性模型的过程中的最小数量的参数的解决方案。报道的发电机模拟延伸到一个“浮力主导”制度,浮力强迫是占主导地位的,而科里奥利力不再平衡的压力梯度和强大的反太阳能差分旋转的发展结果。我们发现,自生磁场,尽管是相对较弱的,是能够扭转的差异旋转的方向,从反太阳的太阳。我们还发现,在这个制度中的对流明显强于在赤道地区的极地地区,导致非振荡偶极子为主的发电机解决方案,并在极地地区的磁场的浓度。我们观察到,对流有不同的形态在内部和外部的对流区同时,有组织的地转对流柱隐藏在近地表层的混合良好的高度混沌对流。虽然我们把注意力集中在浮力占主导地位的制度,我们还表明,锥形微分旋转配置文件和持久的定期发电机振荡可以得到的旋转占主导地位的制度,即使在这个极小模型的参数空间。
2015-09-02 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Coexisting Tayler instability-driven dynamos in radiative zones: New dynamo solution and its impacts on stellar physics
Université de Genève(日内瓦大学);Max Planck Institute for Gravitational Physics (Albert Einstein Institute)(马克斯·普朗克引力物理研究所(爱因斯坦研究所));IRAP, Université de Toulouse, CNRS, CNES, UPS(图卢兹大学 IRAP 研究所);Institut Universitaire de France (IUF)(法国高等研究院)
研究旋转恒星演化模型面临的角动量传输问题,通过三维数值模拟研究泰勒 - 斯普鲁伊特发电机,发现两种共存发电机解决方案,提取相关标度律并约束了产生磁场在星震模式上的特征。
2026-07-21 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Coupling the solar dynamo and the corona: wind properties, mass and momentum losses during an activity cycle
我们研究太阳对流区与太阳风和日冕演化之间的联系。我们让2.5维轴对称运动发电机程序(STELEM)产生的磁场在2.5维轴对称日冕等温MHD程序(DIP)中演化。计算涵盖了11年的活动周期。太阳风的渐近速度随纬度和时间的变化与现有的观测结果吻合得很好。在不同的日冕高度,磁极反转的速度不同。整个太阳的质量损失率,动量通量和磁制动扭矩在整个周期中变化很大。这种周期性调制是由开放通量和太阳风的来源的纬度分布以及阿尔文表面的几何形状决定的。风源和制动扭矩施加区域也相应地变化。
2011-06-05 astro-ph.SR
Double-peaks of the solar cycle: An explanation from a dynamo model
太阳活动周期的一个特殊特征是经常出现双峰(也称为格涅维舍夫峰),这一点还有待于正确理解。在循环的任何阶段,不仅可以观察到双峰,而且可以观察到多峰和尖峰。我们提出,这些峰值和尖峰是由于巴布科克-莱顿过程(从倾斜的双极磁性区域产生的极向场)中的波动而产生的。当极场发展时,Babcock-Leighton过程中的大的负波动可以突然减小净极场。由于极场的这些波动传播到新的环向场,这些波动可能会促进下一个太阳活动周期的双峰。当极场的波动发生在太阳活动极大期之外时,我们观察到它们在下一个太阳黑子周期中的影响。使用轴对称Babcock-Leighton发电机模型,我们首先证明了这一想法。随后,我们通过在极向场产生过程中加入随机散射进行了长时间的模拟,并成功地再现了双峰太阳活动周。只要扩散系数不太大于$10^{12}$ cm $^2$ s $^{-1}$,这些结果在模型参数的合理变化下是稳健的。最后,我们分析了观测到的极场数据,以显示极场的短期波动与下一个周期的双峰/尖峰之间的密切联系。因此,这支持了我们的理论观点,即Babcock-Leighton过程中的波动可能是观测到的太阳周期中双峰/尖峰的原因。
2018-08-12 astro-ph.EP astro-ph.IM astro-ph.SR
Solar Magnetic Field Reversals and the Role of Dynamo Families
太阳光球层的可变磁场由于太阳内部发生的发电机活动而呈现出周期性的反转。我们将Wilcox太阳天文台和Michelson多普勒成像仪观测到的表面场分解为谐波分量,并给出了过去三个太阳黑子周期模式系数的时间演化。各种模式之间的相互作用,然后解释从一般发电机理论的角度来看,在那里的主要和次要的家庭模式之间的耦合被发现与大规模的极性反转的许多例子循环发电机。平均场发电机的太阳能参数制度的基础上,然后用来探索这种耦合可能会导致各种长期趋势的表面磁场观察到发生在太阳的情况下。
2012-08-08 astro-ph.EP astro-ph.SR