Magnetohydrostatic equilibrium. II. Three-dimensional multiple open magnetic flux tubes in the stratified solar atmosphere
一个系统的多个开放的磁通量管跨越太阳光球层和低日冕的解析建模,在一个现实的分层大气受到太阳引力。这扩展了Gent等人(MNRAS,435,689,2013)中描述的磁流体静力平衡中的单个磁通量管的结果。自相似的磁通量管组合在一起形成磁结构,这与高分辨率观测结果是一致的。观测的证据支持存在的股开放的通量管和环路持续在一个相对稳定的状态。自相似磁通量管,其中的等离子体密度和压力分布的解析解是可能的,结合起来。我们计算适当的平衡力,应用动量和能量守恒方程来保持平衡。多路通量管配置观察到保持相对稳定长达一天或更长时间,它是我们的目标,我们的模型作为背景条件的能量传输机制的数值研究从太阳表面的日冕。我们应用磁场强度,等离子体密度,压力和温度分布与观测和理论估计的太阳低层大气。尽管除了径向轴的位置之外,每个通量管在构造上是相同的,但是可以应用组合以利用多个非均匀通量管产生非轴对称磁场。这是在模拟太阳大气层的真实磁化三维平衡方面向前迈出的相当大的一步。
2014-06-13 astro-ph.SR
A Magnetohydrodynamic Relaxation Method for Non-Force-Free Magnetic Field in Magnetohydrostatic Equilibrium
非线性无力场(NLFFF)外推法被广泛用于从观测到的光球磁场重建日冕三维磁场。然而,在NLFFF模型中忽略了压力梯度和引力,即使光球和色球磁场一般不是无力的。在这里,我们开发了一个磁流体动力学(MHD)弛豫方法,重建太阳大气(色球和日冕)磁场作为一个非力自由磁场(NFFF)在磁流体静力平衡的洛伦兹,压力梯度,和重力平衡。推导了磁流体松弛法的基本方程组,并研究了该方程组的数学性质。基于现代高阶激波捕捉格式,构造了该系统的鲁棒数值求解器。二维数值实验,包括压力梯度和重力也证明。
2019-12-23 astro-ph.SR
MHSXtraPy -- A Python code for the extrapolation of magnetohydrostatic fields on the Sun using analytical solutions
University of St Andrews(圣安德鲁斯大学)
该研究提出Python代码MHSXtraPy,基于解析磁流体静力学模型外推太阳磁场,纳入非无力到无力场过渡并支持参数化,通过快速傅里叶方法实现高效计算与可视化,适用于研究和教育。
2025-11-10 astro-ph.SR
A Fixed-point Scheme for the Numerical Construction of Magnetohydrostatic Atmospheres in Three Dimensions
太阳大气的磁流体静力学模型通常基于理想化的解析解,因为基本方程太难求解。数值方法,也往往是有限的范围内,往往侧重于二维问题。本文发展了一种求解三维非线性磁流体静力学方程的数值方法。我们的方法是一个固定点迭代计划,扩展了格拉德和鲁宾的方法(Proc.2nd Int.Conf.on Peaceful Uses of Atomic Energy 31,190,1958),包括一个有限的重力。我们将该方法应用到一个测试用例中,以证明该方法的一般性和我们的实现在代码中。
2016-10-27 astro-ph.SR
Solving 3D Magnetohydrostatics with RBF-FD: Applications to the Solar Corona
提出了一种新的磁流体静力学数值模型,直接求解力平衡的磁场在日冕。该模型是用径向基函数有限差分(RBF-FD),特别是三维多调和样条加多项式,作为核心离散化。这组偏微分方程特别难以求解,因为在强迫趋于零的极限下,它变得不适定,有许多解。对于等于零的强迫,没有数值上易处理的解。对于有限强迫,收敛到一个物理上可行的解决方案的能力是微妙的,将被证明。静态力平衡方程是双曲线性质的,在该信息的磁场沿特征表面传播,但他们需要一个椭圆型求解器的方法为稀疏超定病态系统。作为一个例子,我们重建了一个高度非线性的分析模型,旨在代表在太阳日冕中观察到的长寿命的磁结构。
2021-12-08 astro-ph.SR physics.comp-ph
An efficient method for magnetic field extrapolation based on a family of analytical three-dimensional magnetohydrostatic equilibria
提出一种基于解析三维磁静力平衡族的外推方法,支持从非无力区向无力区过渡,利用渐近形式提升数值效率,并通过人工边界和观测数据验证。
2025-04-23 astro-ph.SR
Non-symmetric magnetohydrostatic equilibria: a multigrid approach
目标。太阳磁场的线性磁流体静力学(MHS)模型平衡等离子体压力梯度、重力和洛伦兹力,其中电流密度由线性无力分量和取决于重力分层的交叉场分量组成。在本文中,我们研究了一个有效的数值计算过程,这样的平衡。方法. MHS方程被简化为两个标量椭圆方程-一个在下边界上,另一个在计算域的内部。磁场的法向分量被规定在下边界和多重网格方法被施加在这两个边界上,并在域内找到极向标量位。一旦求解到所需的精度,磁场,等离子体压力和密度使用有限差分法。结果我们研究了交叉场电流对线性MHS平衡的影响。力自由和非力自由的例子来证明的数值方案和分析,由于并行化的图形处理单元(GPU)的速度。结果表明,x30的加速是容易实现的。
2013-07-25 astro-ph.SR
Magnetohydrostatic modeling of AR11768 based on a SUNRISE/IMaX vector magnetogram
上下文高分辨率的磁场测量通常只在太阳光球层中进行。像色球层和日冕这样的高层可以通过向上外推光球层的磁场来模拟。在日冕中,等离子体力可以忽略,洛伦兹力消失。在上层光球层和色球层中,磁性和非磁力是同等重要的。解决这个问题的一种方法是用磁流体静力学(MHS)模型自洽地计算等离子体和磁场。目标。我们的目标是推导出磁场,等离子体的压力和密度的AR 11768通过应用新开发的外推技术的日出/IMaX数据。方法.采用优化方法对MHS进行建模。初始条件由非线性无力场(NLFFF)和重力层结大气组成。结果在非无力层,这是空间上解决了新的代码,洛伦兹力有效地平衡的气体压力梯度力和重力。在强场区,气压和密度都是亏损的,这与观测结果是一致的。然而,在有源区边缘的某些部分也观察到更致密的等离子体。在色球层中,纤维状等离子体结构很好地跟踪磁场。在日出/SuFI 3000 { $Å$ }图像中的亮点通常伴随着等离子体压力和电流浓度。此外,MHS场线与所选色球纤维之间夹角的平均值为$11.8^\circ$,小于由NLFFF模型($15.7^\circ$)和线性MHS模型($20.9^\circ$)计算的结果。这表明,MHS解决方案提供了一个更好的代表性的磁场在色球层。
2020-05-28 astro-ph.SR
Construction of coronal hole and active region magnetohydrostatic solutions in two dimensions: Force and energy balance
冕洞和活动区是太阳大气中典型的磁结构。我们提出了几个磁流体静力平衡的解决方案,这些结构的代表在两个维度。我们的模型包括一个有限的等离子体- $β$和重力的影响,但显着的特点是,我们纳入了热结构的性质类似的观测报告。我们开发了一种半解析方法来计算平衡构型。使用这种方法,我们得到了冷和低密度的等离子体结构,在开放的磁场代表冕洞,而在封闭的磁场配置,我们实现了特征热和过密的等离子体安排的活动区域。虽然冕洞和活动区似乎是对立的结构,我们发现,它们可以描述使用一个共同的热结构,取决于通量函数。除了力的平衡,能量平衡包括在所构建的模型中使用的后验方法。从我们的模型中的热传导和辐射损失的二维计算,我们推断出所需的加热功能,以实现能量平衡。我们发现,温度对高度的依赖性是一个重要的参数,可能会阻止系统在某些空间位置实现热平衡。这些结果的影响进行了详细讨论。
2022-02-14 astro-ph.SR
Open and closed magnetic configurations of twisted flux tubes
我们构建了两个类的磁流体静力(MHS)平衡的轴对称垂直通量管跨越从光球过渡区的下部在一个现实的分层太阳大气受到太阳引力。我们假设气体压力和极向电流的磁通量函数的一般二次表达式,并解析地求解Grad-Shafranov方程。该解决方案是一个同质和一个特定的部分的组合,其中前者是可分离的库仑函数在$r$和指数在$z$,而特定的部分是一个开放的配置,没有$z$的依赖性。我们还提出了另一个开放的领域的解决方案,通过使用自相似配方与两个不同的配置文件的功能,并将分层太阳引力,以保持磁流体静力平衡,这是一个修改早期的自相似模型与扭曲。我们研究了与太阳大气条件一致的参数空间,并推导出通量管内的磁结构和热力学结构,这些结构与根据观测和模拟估计的开放和封闭场库仑函数和自相似模型的光球磁亮点(MBP)是合理一致的。所得到的开场和闭场通量管解可作为研究波在通量管中传播的数值模拟的背景条件。这些解决方案也可以用来构建逼真的磁性天篷。
2019-03-27 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Toward a fast and consistent approach to model solar magnetic fields in multiple layers
目的。我们的目标是开发一种快速和一致的外推方法来模拟太阳大气的多层。方法.新方法结合了磁流体静力学(MHS)外推法和非线性无力场(NLFFF)外推法,前者将太阳低层大气模拟在一个扁平的盒子中,后者将日冕与由MHS外推法推导出的色球矢量磁图模拟在一起。我们测试我们的代码与快照的辐射磁流体动力学模拟的太阳耀斑。通过几个指标进行定量比较。结果基于一些测试运行,我们找到了两个外推的组合与5.8毫米高的框MHS外推和磁图在1毫米的高度为NLFFF外推的优化配置。这种结构下的新方法能够准确有效地重建多层结构中的磁场。基于用于评估不同外推(NLFFF外推、MHS外推和组合外推)的性能的品质因数,我们发现组合外推达到MHS外推的精度,其优于NLFFF外推。结合外推是适度有效的应用程序与高分辨率的磁图。
2021-09-27 astro-ph.SR
Numerical experiments on granulation-generated two-fluid waves and flows in a solar magnetic carpet
本文通过JOANNA双流体数值实验,研究太阳磁毯中米粒组织如何自洽产生波与等离子体流,发现较强磁场会增大离子-中性粒子速度漂移并增强加热和流动,揭示波与流动是宁静太阳米粒组织的自然响应。
2024-10-03 astro-ph.SR
Solar Ultraviolet Bursts in a Coordinated Observation of IRIS, Hinode and SDO
太阳紫外暴是过渡区图像中的小尺度致密增亮。在这些爆发中,过渡区谱线的光谱轮廓显著增强和加宽,并且经常与色球层吸收线如Ni~{ \sc{ii} } 1335.203和1393.330 λ重叠。我们使用界面区域成像光谱仪(IRIS),太阳动力学天文台(SDO)和\textit{Hinode}在2015年2月7日的协调观测来研究几个紫外线爆发的特性。我们共观测到12个紫外暴,其中11个紫外暴揭示了Ni~{ \sc{ii} }吸收线的小的蓝移。然而,在一个紫外爆发中,Ni~{ \sc{ii} }线出现了明显的$\sim$ 20 km s $^{-1}$的红移,这似乎与IRIS狭缝图像中观察到的冷等离子体下降流有关。我们还研究了三维磁场拓扑结构使用磁流体静力学模型,并发现一些紫外爆发与磁零点或秃斑。此外,我们发现,这些紫外线爆发揭示没有明显的日冕签名从SDO上的大气成像组件(AIA)和极紫外成像光谱仪(EIS)上的观测\textit{Hinode}。
2019-02-12 astro-ph.SR
Simulations of Prominence Formation in the Magnetized Solar Corona by Chromospheric Heating
从色球过渡区到日冕等离子体的剪切磁弧出发,模拟了日冕中静止日珥的原位形成和持续生长。与以前的工作相反,我们的模型捕捉到日珥形成的所有阶段,包括热平衡的丧失,它的高度和宽度连续增长到宏观尺度,以及作为质量积累的结果,拱形环逐渐弯曲成倾斜环。我们的2.5维,完全磁流体力学和磁流体动力学一致的模型模仿的正常极性的磁拓扑结构的光球中性线以上,并导致在窗帘状日珥以上的中性线,通过最终浸渍磁场线突出在一个有限的角度。的形成结果从色球层中的集中加热,然后通过等离子体蒸发和后来的快速冷凝在电晕由于热不稳定性,验证了线性不稳定性标准。低层大气的集中加热使等离子体从下面蒸发,在日冕环的顶部积累,并不断地为后来的日珥提供质量。这是第一个蒸发冷凝模型研究,我们可以证明形成的日珥如何保持在力平衡状态,这可以与Kippenhahn-Schluter型磁流体静力学模型相比较,所有这些都在有限的低β日冕中。
2012-02-28 astro-ph.SR
Origin and Structures of Solar Eruptions II: Magnetic Modeling (Invited Review)
太阳大气中三维磁场的拓扑结构和动力学控制着各种太阳爆发现象和活动,如耀斑、日冕物质抛射和暗条/暗条。我们必须对矢量磁场进行观测和建模,以了解这些太阳活动的结构和物理机制。光球层上的矢量磁场通常是通过偏振光观测的,并通过斯托克斯轮廓的反演来推断。为了分析这些矢量磁场,我们首先需要消除横向分量的180 $^\circ$模糊性并校正投影效应。然后对矢量磁场进行适当的预处理,即可作为无力场建模的边界条件。光球速度场也可以从矢量磁场的时间序列中导出。三维磁场可以用无力场理论模型、非线性无力场数值模型、磁流体静力学模型和磁流体动力学模型来推导和研究。可以用三维磁场模型或矢量磁场的时间序列来计算磁能。通过精确定位磁零点、秃斑和准分界线层的位置来分析磁拓扑。磁螺旋度作为一个守恒的物理量,可以用各种方法计算,如有限体积法、离散通量管法、螺旋度通量积分法等。这一数量作为一个有前途的参数表征太阳活动区的活动水平。
2017-06-19 astro-ph.SR
Fine-scale opposite-polarity magnetic fields in a solar plage revealed by integral field spectropolarimetry
本研究利用MiHI积分场单元的高分辨率分光偏振观测和磁流体静力学约束反演,揭示太阳谱斑磁场三维精细结构,发现主极性周围存在弱反极性斑块。
2025-05-12 astro-ph.SR
Formation of solar quiescent coronal loops through magnetic reconnection in an emerging active region
日冕环是太阳活动区的组成部分。然而,其形成机制仍然没有很好地理解。在这里,我们提出了直接的观测证据,通过磁重联形成的日冕环作为新的磁通量进入太阳大气。太阳动力学天文台(SDO)上的大气成像组件(AIA)的极紫外观测清楚地显示了等离子体片内磁重联后新形成的环。环的形成也可以在新真空太阳望远镜拍摄的hα线核心图像中看到。SDO上的日震和磁成像仪的观测表明,在日冕环形成之前,正极性通量集中以约0.4 km/s的速度向负极性通量集中移动。在环的形成过程中,我们发现了磁通抵消和随后的增强的两个极性之间的横向场的签名。通过磁流体静力学模型重建的三维磁场结构显示出与AIA图像中的环一致的磁力线。在等离子体片中间歇性地出现了许多平均宽度为1.37 μ m的明亮斑点,并以约114 km/s的速度向上移动。这些团状物的温度、发射量和密度分别约为3 MK、2.0 × 10 ^(28)cm^(-5)和1.2 × 10 ^(10)cm^(-3)。这些斑点的功率谱分析表明,所观察到的重连可能不是由湍流过程为主。我们还发现了速度为20至50公里/秒的流向新形成的日冕环的足迹。
2021-05-07 astro-ph.SR
Model of a fluxtube with a twisted magnetic field in the stratified solar atmosphere
我们建立了一个横跨太阳光球层和过渡区的垂直直线磁通管,它不随高度而膨胀。我们假设在太阳引力作用下,含有扭曲磁场的磁通管处于磁流体静力平衡。在Grad-Shafranov方程中引入电流密度和气体压力的具体形式,求解磁通量函数,发现它在径向上与库仑波函数可分离,而解的垂直部分呈指数衰减。我们采用改进的磁通管边界条件,并采取一个现实的环境外压力的光球过渡区,推导出一个家庭的解决方案,合理的值的磁通管半径和磁场强度的基础上的轴,这是我们的模型中的自由参数。我们发现,我们的模型估计是一致的磁场强度和磁亮点(MBP)的半径估计从观测。我们还推导出磁通管内部的热力学量。
2017-06-14 astro-ph.SR physics.plasm-ph
3D structures of the base of small-scale recurrent jets revealed by Solar orbiter
本研究结合Solar Orbiter与SDO观测及磁场外推,揭示复发太阳喷流底部从单零点扇面—脊柱拓扑演化为多零点圆顶结构,并证明零点几何变化通过重连接调控喷流形态与能量。
2025-09-08 astro-ph.SR
Heating of the solar chromosphere through current dissipation
太阳色球层被加热到高于辐射平衡预测的温度。这种过热在磁场较强的活动区域中更大。我们的目标是调查磁拓扑结构与阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列(ALMA)映射的太阳活动区增强毫米(mm)亮度温度的区域使用分光偏振联合观测与1米瑞典太阳望远镜(SST)。我们使用米尔恩-爱丁顿反演,非局部热力学平衡(非LTE)反演,和磁流体静力学外推,以获得三维分层的温度,磁场,和辐射能量损失的约束。我们比较了观测到的磁流体动力学模拟的快照,并调查在3毫米的热连续使用贡献函数的形成。我们发现,在上色球层的加热率提高到$\sim 5\rm\,kW\,m^{-2}$,小规模新兴的环路与上覆的磁冠相互作用,导致电流片所示的磁场外推。我们的估计值大约是规范值的两倍,但它们受到ALMA空间分辨率($\sim 1.2^{\prime\prime}$)的限制。带3亮温在该区域达到约$\sim10^{4}\,$ K,由非LTE反转推断的色球层横向磁场强度为$\sim 500\,$ G量级。我们能够定量再现许多观察到的功能,包括在我们的数值模拟的综合辐射损失。我们的结论是,加热是由电流片耗散。然而,模拟结果表明,在通量出现区域的不同层可能有助于显着的毫米连续排放的复杂分层。
2022-02-19 astro-ph.SR
MHD waves in two-dimensional prominences embedded in coronal arcades
目前用于分析这类结构中MHD波的日珥模型还很初级。在这项工作中,我们计算数值磁流体静力学模型在二维配置下的重力存在。我们的兴趣是在模型,连接磁场的光球,并包括一个覆盖拱廊。这里使用的方法是基于松弛过程,并需要解决时间相关的非线性理想MHD方程。一旦得到一个日珥模型,我们研究叠加在结构上的MHD波的性质。我们只研究纯二维的运动,而忽略在可压缩方向上的传播。我们演示了如何通过使用不同的数值工具,我们可以确定稳定波的振荡周期。我们发现,垂直振荡,与快速MHD波,总是稳定的,并在4-10分钟的范围内的周期。纵向振荡,有关慢磁声-重力波,有较长的周期在28-40分钟的范围内。这些纵向振荡的重力的强烈影响,并成为不稳定的短磁弧。
2013-09-19 astro-ph.SR
Finite Plasma Beta Three-dimensional Magnetic Field Extrapolation Based on MHD Relaxation Method
Institute of Space and Astronautical Science, Japan Aerospace Exploration Agency(宇宙科学研究所,日本宇宙航空研究开发机构);Graduate School of Science, Hiroshima University(广岛大学理学研究院);Center for Solar-Terrestrial Research, New Jersey Institute of Technology(新泽西理工学院太阳-地球研究中心)
本研究提出一种基于磁流体动力学松弛方法的有限等离子体贝塔磁力场外推方法,以提高高贝塔区域磁力场重建精度。
2026-01-06 astro-ph.SR
Helioseismic Modeling of Background Flows
我们提出了一个三维(3D)的线性化可压缩欧拉方程(GALE -全球声学线性欧拉),用于模拟整个太阳内部的声学振荡的数值求解器。控制方程在标准太阳模型S产生的背景状态下,在全球球面网格($0 \le ϕ\le 2π$,$0 \le θ\le π$,$0 \le r \le R_{\odot}$)上以守恒形式求解。我们实现了一个有效的伪谱计算方法来计算的可压缩材料导数二分之一的内部速度扰动的贡献,计算任意三维背景速度场的振荡。这个模型提供了一个“正演模拟”方法的基础,使用日震学技术来探索内部质量流的各种制度。我们证明了本文提出的数值方法的有效性,通过再现观测到的太阳能谱,显示旋转分裂由于差分旋转,并应用当地日震学技术来测量旅行时间由一个简单的单细胞纬向环流模型。
2020-12-18 astro-ph.SR
The role of the Lorentz force in sunspot equilibrium
本研究通过观测与模拟对比,发现太阳黑子沿方位角的磁拓扑接近磁流体静力学平衡,洛伦兹力涨落与精细结构相关,从而解释了黑子的长期稳定性。
2025-05-29 astro-ph.SR
Self-consistent stationary MHD shear flows in the solar atmosphere as electric field generators
日冕结构中的磁场和流动,例如耀斑中的渐变阶段,可以用二维和三维磁流体静力学(MHS)和稳态磁流体动力学(MHD)平衡来描述。在一个物理上简化但精确的数学模型中,我们研究了由剪切流产生的电流和相应的电场。从精确的解析计算的磁位场出发,自洽地求解了非线性MHD方程。通过施加一个磁剪切流,并假设一个非理想的MHD环境,我们计算了一个电场由法拉第定律。电磁场的正式解决方案使我们能够计算类似于无碰撞Speiser电阻率的有效电阻率的表达式。我们发现,电场可以是高度空间结构化的,或者换句话说,是空间结构化的。平行于磁场的电场分量是主导分量,并且在电阻率具有最大值的地方是高的。电场是一个势场,因此,粒子的最高能量增益可以直接从相应的电压导出。在我们的例子中,日冕后耀斑的情况下,我们得到的电子能量为几十千电子伏,这是在同一数量级的观测发现。这种能量是粒子加热和加速的来源。
2014-07-11 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Multi-wavelength study of a delta-spot I: A region of very strong, horizontal magnetic field
活动区NOAA 11035出现在2009年12月,在新的太阳活动周期的早期。当寄生磁通出现在旋转主导磁极附近并穿过该组中最大太阳黑子的半影时,该区域实现了三角洲太阳黑子($δ$ -斑点)配置。可见光和红外成像光谱偏振的磁敏感的Fe I线对在6302和15650显示大的塞曼分裂的半影之间的寄生本影和主黑子本影。在最强场区的偏振斯托克斯光谱显示异常的配置文件,和强烈的蓝移被认为是在相邻的区域。使用Milne-Eddington反演代码进行剖面分析,该反演代码能够拟合具有杂散光的单个磁分量或两个独立的磁分量以验证场强。反演结果表明,两条中等磁场的剖面组合不能产生异常剖面。最大的磁场强度为3500-3800 G,与强至3.8 km/s $^{-1}$的蓝移非常接近。在这个区域的极性反转线附近看到的强的、接近水平的磁场,在太阳黑子磁流体静力平衡的标准模型的背景下是很难理解的。
2015-12-28 astro-ph.SR
Detection of coherent structures in photospheric turbulent flows
利用Hinode/SOT磁图的水平速度资料,研究了活动区AR 10930附近的一个谱斑中太阳光球流的相干结构。欧拉和拉格朗日相干结构分别通过计算速度场的Q准则和有限时间李雅普诺夫指数来检测。我们的分析表明,平均而言,变形欧拉相干结构占主导地位的涡旋欧拉相干结构的斑区。我们证明了高磁通量浓度的网络的对应关系吸引拉格朗日相干结构(a-LCS)的光球速度的基础上的观测和数值模拟。此外,a-LCS的计算提供了流动的收缩/膨胀的局部速率的测量。
2013-12-09 astro-ph.SR
Magnetohydrodynamics dynamical relaxation of coronal magnetic fields. I. Parallel untwisted magnetic fields in 2D
上下文在过去的30年里,大多数关于太阳环境中应力磁场弛豫的研究都只考虑了洛伦兹力,忽略了等离子体的贡献,因此,将每个平衡都限制在无力场的平衡。目标。在这里,我们开始研究的非电阻演化的有限β等离子体和它们的弛豫磁流体静力学状态,其中磁力平衡的等离子体压力梯度,通过使用一个简单的二维方案,涉及到一个均匀的磁流体扰动磁场。最终的平衡态被预测为初始扰动的函数,目的是展示在弛豫过程中等离子体发生了什么,并看看它对最终的平衡态有什么影响。方法.一组数值实验运行使用完整的MHD代码,与弛豫驱动的磁声波阻尼的粘性效应。数值结果进行了比较与分析计算内的线性政权,在整个过程中必须保持绝热。特别注意的是支付给等离子体的热力学行为在放松。结果最终非无力平衡的解析预测仅依赖于系统的初始扰动和总压。据发现,这些预测举行令人惊讶的是,即使是远超出线性制度的扰动幅度。结论.包括在松弛实验中的有限等离子体β的影响导致显着的差异,从力自由的情况下。
2011-10-24 astro-ph.SR
Large-Scale Magnetic Fields in Stellar Interiors I. Equilibrium Configurations to Model Fossil Fields
上下文对古磁场的起源、拓扑和稳定性的理解是恒星磁学理论的基石之一。一方面,由于它们在长期的时间尺度上生存,它们可能会改变其宿主恒星的结构和演化。另一方面,它们必须有一个复杂的稳定结构,因为泰勒及其合作者已经证明,最简单的纯极向场或环向场在动力学时间尺度上是不稳定的。在这种情况下,唯一的稳定配置,已被发现今天是一个由Braithwaite和合作者谁研究了初始随机磁场的演变,这是发现放松的混合稳定配置(极向和环形),似乎是在平衡,然后扩散的数值模拟的结果。目标。因此,在这项工作中,我们以半分析的方式追踪这种类型的平衡场。方法.在这第一篇文章中,我们研究了正压磁流体静力学平衡态,问题归结为一个具有任意函数的类Grad-Shafranov方程。这些后者的约束,推导出最低能量的平衡态的考虑轴对称问题的给定不变量,特别是对于一个给定的螺旋度,这是已知的主要演员之一,这样的问题。然后,我们得到的推广的力免费泰勒的松弛状态在实验室实验中(在spheromak),成为非力免费的自引力恒星的情况下。一般斜压平衡态的情况将在论文II中研究。结果这些理论结果适用于现实的恒星的情况下,即太阳辐射的核心和Ap星的信封,并进行了讨论。在这两种情况下,我们都假定场最初被限制在恒星辐射带内。
2010-03-15 astro-ph.SR
Magnetic field extrapolation in active region well comparable with observations in multiple layers
本文利用考虑等离子体力的磁流体静力学方法对活动区12158进行磁场外推,发现其可重现两组高度缠绕的磁通量绳,并与色球至日冕的多层高分辨率观测更为吻合,优于传统无力场模型。
2023-05-10 astro-ph.SR
Proton-proton collisions in the turbulent solar wind: Hybrid Boltzmann-Maxwell simulations
热、稀和湍流等离子体的加热机制是空间物理学中一个长期存在的问题,其影响涉及近地环境和天体物理系统。为了探索粒子间碰撞的可能作用,等离子体湍流的模拟-在无碰撞和弱碰撞制度-已通过采用欧拉混合Boltzmann-Maxwell模拟进行了比较,质子-质子碰撞明确引入通过非线性Doughnut算子。虽然碰撞并不显着影响湍流的统计特性,它们耗散质子分布函数中的非热功能,并抑制速度空间中的拟能/熵级联,阻尼向大厄米模式的光谱传输。这种拟能耗散在等离子体分布函数强烈扭曲的区域特别有效,这表明精细的速度空间结构增强了碰撞效应。建立了流体湍流能量级联与等离子体涡度拟能级联之间的定性联系,为天体物理等离子体湍流的理解开辟了新的途径
2019-12-19 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Stationary field-aligned MHD flows at astropauses and in astrotails. Principles of a counterflow configuration between a stellar wind and its interstellar medium wind
穿过反向激波的恒星风被偏转到天体球尾,并以亚阿尔夫文尾流或超阿尔夫文尾流的形式离开恒星系统。一个例子是我们自己的日球层和它的日尾。我们提出了一种分析方法计算固定的,不可压缩的,和场对准的等离子体流在astrotail的一颗星。我们提出了一个配方的帮助下,只有几个参数,如内部阿尔芬马赫数和外部阿尔芬马赫数,磁场强度内和外的恒星风腔,和这些流动内的磁场的奇点的分布。在单流体近似的框架内,通过使用正则变量的非正则映射,可以从相应的静态MHD平衡获得稳态流动的MHD方程的解。正则变量是磁流体静力平衡的磁场的欧拉势。因此,我们从由磁中性点分布决定的静态平衡出发,并假设相应的静态平衡的阿尔芬马赫数是有限的。这种拓扑结构决定了星际气体-星风界面的几何结构.额外的边界条件,如外部磁场和跨越天体顶的磁场的跳跃允许确定非正则变换。这传递了逆激波之外的星尾区域每一点的磁场强度。描述这种情况的数学技术一般适用于天体层,但也适用于日光层。在亚阿尔芬流动的情况下,它与相应的阿尔芬马赫数相比较,显示了外部和内部磁场强度的限制。
2012-03-25 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Combining magneto-hydrostatic constraints with Stokes profiles inversions. III. Uncertainty in the inference of electric currents
电流在太阳大气等离子体的能量平衡中起着重要的作用。它们也指示非潜在磁场和磁重联。不幸的是,电流的直接测量传统上充满了不准确性。我们研究如何准确地推断电流在不同的情况下。我们进行了越来越复杂的反演的辐射传输方程的偏振光应用到斯托克斯配置文件合成辐射三维磁流体动力学(MHD)模拟。反演产生磁场矢量${\bf B}$,通过应用安培定律从磁场矢量导出电流密度${\bf j}$。我们发现,电流密度的检索仅受光子噪声或光谱分辨率的轻微影响。然而,检索稳步提高斯托克斯反演变得越来越精细。在最不复杂的情况下(Milne-Eddington-like反演应用于单个光谱区域),可以以$σ=0.90-1.00$ dex的精度确定电流密度的各个分量($j_{\rm x}$、$j_{\rm y}$、$j_{\rm z}$),而模量($\|{\bf j}\|$)只能用$σ=0.75$ dex确定。在最复杂的情况下(具有多个谱区、大量节点、吉洪诺夫垂直正则化和磁流体静力平衡),这些数字改进为单个分量的$σ=0.70-0.75$ dex和模数的$σ=0.5$ dex。此外,在磁场高于300高斯的区域中,可以以$σ=0.3$ dex的精度推断出$\|{\bf j}\|$。通常,电流密度的$x$和$y$分量的检索略好于$z$分量。
2022-11-14 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
3D simulations of Rayleigh-Taylor mixing in core-collapse SNe with CASTRO
我们提出了多维模拟爆炸后的流体动力学在三个不同的15太阳质量的超新星模型与零,10^{-4}太阳金属丰度,和太阳金属丰度。我们跟踪瑞利-泰勒不稳定性的增长,这种不稳定性在爆炸后将恒星层混合在一起。模型初始化与球对称爆炸和扰动种子的网格。计算在二维轴对称和三维笛卡尔坐标使用新的欧拉流体动力学代码,CASTRO。我们发现,在以前的工作中,瑞利-泰勒扰动最初增长速度在3D比在2D。由于Rayleigh-Taylor指相互作用,3D中的混合比2D中进行得更大,从而降低了局部Atwood数并减缓了3D中相对于2D的不稳定性的增长速率。当混合停止时,混合区域的宽度在2D和3D模拟中相似,前提是瑞利-泰勒指显示出显著的相互作用。我们的研究结果意味着,在超新星(SNe)的光变曲线和核合成的2D模拟死亡的红巨星可能会捕捉到一个最初的球对称爆炸的功能,在更少的计算时间比所需的一个完整的3D模拟。然而,捕捉大偏离球对称需要一个显着的扰动爆炸。大规模的不对称性不能通过合并瑞利-泰勒结构的逆级联发展;它们必须来自初始爆炸的不对称性。
2010-09-17 astro-ph.HE astro-ph.SR
Direct Numerical Comparison of Data Driving Strategies for Solar Flux Emergence in Magnetohydrodynamics: B-driving vs E-driving
Sydney Institute for Astronomy, University of Sydney(悉尼大学天体物理研究所);School of Science, University of Newcastle, Callaghan, Australia(纽卡斯尔大学理学院);CSIRO Space and Astronomy, P.O. Box 76, Epping, NSW 1710, Australia(澳大利亚联邦科学与工业研究组织空间与天文部)
该研究在Athena++中对比B驱动与E驱动两种数据驱动策略,经数值实验评估边界磁通量等指标,发现E驱动的复现效果优于B驱动,且更准确简单。
2026-10-09 astro-ph.SR physics.plasm-ph