Magnetic Archaeology of Early-Type Stellar Dynamos
早期型恒星的磁场强度呈双峰分布,有些显示出非常强的磁场($\gtrsim 1\,\mathrm{kG}$),有些显示出非常弱的磁场($\lesssim 10\,\mathrm{G}$)。最近,我们提出,这反映了地下对流带对古油气田的处理或缺乏。化石磁场较弱的恒星在表面将这些磁场加工成更弱的发电机产生的磁场,而在化石磁场较强的恒星中,磁性抑制对流,使化石磁场保持原样。我们现在扩展这一理论,并探讨近地表磁场演化的时间尺度。我们发现,质量损失条近表面区域的速度比磁场可以通过它们扩散。因此,对地表磁性的观测直接探测了对流发电机的冻结残骸。这就解释了磁场非常弱的恒星中磁性的缓慢演化:这些发电机- \emph{generated}磁场在质量损失的时间尺度上演化,而不是发电机。
2021-10-07 astro-ph.SR
Nonlinear small-scale dynamos at low magnetic Prandtl numbers
饱和的小规模发电机解决方案驱动的各向同性非螺旋湍流在低磁普朗特数Pm下降到0.01。当Pm < 0.1时,大部分能量通过焦耳热耗散,与螺旋形大尺度发电机的早期结果一致,动能耗散与Pm^{1/2}成比例地减小到0.1。与早期的工作一致,除了在电阻标度附近有一个短的Golitsyn k^{-11/3}谱外,还有一些证据表明在更大的标度上有一个短的k^{-1}谱。均方根磁场强度的小规模发电机被发现仅弱地依赖于Pm的值,并减少了约2的一个因素,因为Pm从1减少到0.01。在Pm=0.1的非线性制度的发电机行动的可能性被认为是一个结果的抑制的瓶颈中看到的动能频谱中没有一个发电机,更一般地说,抑制附近的耗散波数的动能。
2011-09-28 astro-ph.SR
Dynamo Simulations Confirm Predominantly Toroidal Fields in Near-Core Region of an Intermediate-Mass Star
Newcastle University(纽卡斯尔大学);Planetary Science Institute(行星科学研究所)
通过三维磁流体动力学模拟,发现中等质量恒星近核心区域自发产生占主导的环向磁场,其强度与几何特性与星震学观测一致。
2026-06-15 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
Toroidal Magnetic Flux Budget in Mean-Field Dynamo Model of Solar Cycles 23 and 24
本研究针对第23和24太阳周的三维平均场发电机模型,分析其轴对称部分的环向磁通量收支,揭示了各因素对环向场产生的贡献及三维模型相对二维模型的通量产生速率差异。
2023-11-08 astro-ph.SR
Universality of the Small-Scale Dynamo Mechanism
我们量化的湍流发电机行动在太阳和发电机行动在理想化的模拟研究之间可能存在的差异。为了这个目的,我们比较傅立叶空间壳到壳的能量传递速率的三个增量更复杂的发电机模拟:不可压缩的,由随机流驱动的周期性模拟,模拟Boussinesq对流,和模拟完全可压缩的对流,包括物理相关的近地表层的太阳。对于每一个模拟研究,我们发现,发电机机制是普遍的运动制度,因为能量从湍流转移到磁场的波数在惯性范围内的能谱。添加的物理效应相关的太阳近地表层,包括分层,压缩性,部分电离,辐射能量传输,似乎不会影响发电机机制的性质。惯性范围的剪切应力在磁场放大中的作用是独立于外尺度的情况,包括强迫和分层。虽然壳到壳的能量传递函数有类似的性能,在平均流驱动发电机在每个模拟研究,这些模拟的饱和状态是不普遍的,因为在驱动波数的流量是一个重要的能量来源的磁场。
2011-05-03 astro-ph.SR
The subsurface-shear shaped solar $αΩ$ dynamo
我们提出了一个太阳发电机模型,它分布在对流区的大部分区域,环形磁场使通量集中在近地层。我们表明,如果在发电机区域的顶部的边界条件允许大规模的环形磁场穿透更接近表面,那么模式的模拟蝴蝶图的环形磁场在对流区的上部形成的表面旋转剪切层。该模型与观测到的太阳磁周期的性质是一致的。
2010-12-24 astro-ph.SR
Helioseismic Constraints and Paradigm Shift in Solar Dynamo
日震学为太阳发电机问题提供了重要的限制。然而,发电机过程的基本性质,甚至深度,也在其他恒星中运作,是未知的。大多数发电机模型认为,出现在表面并形成太阳黑子的环形磁场是在对流区底部附近的速跃层中产生的。然而,有一些理论和观测问题与证明深层次的发电机模型。这导致了这样的想法,地下角速度剪切可能在太阳发电机中发挥重要作用。利用日震学测量的内部旋转和纬向环流,我们研究了一个平均场MHD模型的发电机分布在大部分的对流区,但在近地层中形成。我们表明,如果在发电机区的顶部的边界条件允许大规模的环形磁场穿透到表面,那么发电机波传播沿角速度的等值面在次表层剪切层,形成的蝴蝶图与帕克-吉村规则和太阳周期的观测。与通量传输发电机模型不同,该模型不依赖于对流区底部纬向环流对磁场的传输,并且当纬向环流在半径上形成两个单元时,该模型工作良好,正如最近SDO/HMI和SOHO/MDI数据的深焦时距日震学分析所表明的那样。我们比较了新的发电机模型的各种特性,如果太阳磁周期,包括周期不对称性(Waldmeier的关系)和磁“蝴蝶”图。
2014-02-09 astro-ph.SR
Solar parity issue with flux-transport dynamo
我们研究了两个重要的参数,湍流扩散率和湍流,通过轴对称运动学发电机模拟的基础上的通量传输发电机模型的半球之间的太阳磁宇称的依赖关系。众所周知,由于湍流扩散率半球之间的磁场的耦合是太阳宇称问题的一个重要因素,但尚未研究产生偶极场的详细判据。我们的结论如下。(1)表面附近较强的扩散性更可能导致磁场为偶极子。(2)表面附近较薄的强扩散层也更容易产生偶极磁场。(3)更快的回旋流更倾向于使磁场成为四极,即,关于赤道对称。这些结果表明,湍流扩散率和纬向流是决定太阳全球磁场结构的关键。
2010-04-13 astro-ph.SR
3D MHD Modeling of the Impact of Subsurface Stratification on the Solar Dynamo
在全球EULAG-MHD解算器中测试了各种太阳次表层分层模型,以模拟不同的近地表对流传输制度。在模式($ r > 0.95~R_{\odot}$)的表面改变次和超能力,以抑制或增强对流流速,从而研究近地层对全球动力学的影响。表面对流率增加的一个主要后果似乎是角动量分布的显着改变,特别是在转速跃层以下,旋转频率主要在高纬度地区增加。这些流体动力学的变化对应于目前的螺旋度在这个稳定层($r<0.72R_{\odot}$)的发展大的转变,显着改变其对生成的极向和环向场在速跃层及以下的影响,作为一个主要的贡献者对发电机周期的过渡。增强的近地表流速表现在蝴蝶图中的环向场($B_ϕ$)的全局移位-从南北对称模式到交错反对称出现。
2019-11-21 astro-ph.SR
Differential Rotation in Magnetized and Non-magnetized Stars
通过比较磁流体动力学(MHD)模型和流体动力学(HD)模型,研究了磁场对恒星差速自转的影响.在全球壳几何结构中进行旋转穿透对流的完全可压缩MHD模拟。通过对“Rossby数(${\rm Ro}$)”和“对流Rossby数(${\rm Ro}_{\rm conv}$)"的讨论,探讨了赤道自转从快(太阳型)向慢(反太阳型)转变的临界条件。从${\rm Ro}_{\rm conv}$依赖性的角度来看,MHD模型的相变比HD模型的相变更平缓,相变的临界值更高。在HD模型中,旋转剖面显示了在跃迁附近的双稳性,而当允许磁场增长时,除了以反太阳型解为初始条件的模型外,双稳性消失.我们发现在MHD和HD模型中,相变都发生在${\rm Ro} \simeq 1$处,与滞后无关。从${\rm Ro}$依赖性的角度来看,两种模型不仅临界值相似,而且过渡的尖锐度也相似。发电机产生的磁场和/或滞后对对流运动的影响反映在${\rm Ro}$中。这就是为什么从${\rm Ro}$依赖性的观点来看,跃迁是统一的。最后,我们讨论了${\rm Ro}$依赖的磁发电机活动,强调其可能的关系的动力学螺旋度配置文件。
2015-04-05 astro-ph.SR
Spatial Nonlocality of the Small-Scale Solar Dynamo
我们探索的性质,小规模的太阳能发电机跟踪磁功能。我们调查了两个以前探索的小规模太阳发电机类别:浅和深。最近对浅层发电机的建模工作已经产生了一些方案,说明强网络集中如何影响附近小尺度磁性特征的形成和极性。这些场景都有可测量的特征,我们在这里使用Hinode上的窄带滤波成像仪(NFI)的磁图进行测试。我们没有发现新形成的磁性特征聚集在网络集中周围或远离网络集中的统计趋势,我们也没有发现它们的极性之间的任何统计关系。我们的结论是,有没有浅或“表面”发电机的空间尺度上观察到的Hinode/NFI。根据这些结果,我们提供了一个场景,其中在一个深太阳发电机的次表面场被拉伸和扭曲通过湍流,使外地出现在光球上的随机位置。
2014-04-12 astro-ph.SR
Nature of the solar dynamo at small scales
人们经常声称,不仅有一种,而且有两种不同类型的太阳发电机:一种是负责太阳黑子出现和11年周期的发电机,通常被称为“全球发电机”,另一种是统计上的时不变发电机,通常被称为“局部发电机”,它应该负责在小尺度上观察到的无处不在的磁结构。在这里,我们研究了这两个定性不同的发电机的相对贡献的小尺度磁通量,与以下结论:本地发电机不发挥重要作用,在任何空间分辨尺度,几乎所有的小尺度通量,包括通量显示出的日出,是由全球发电机。这一结论是通过仔细确定太阳的噪声校正的基础磁通量密度,同时利用从日出数据确定的磁通量抵消函数。唯一允许的范围内,可能有大量的,甚至占主导地位的贡献,从本地发电机似乎是低于约10公里的尺度,所建议的观测的汉勒去极化效应的原子谱线。为了确定可能由于当地发电机的作用而引起的Hanle去极化的分数,IRSOL(Istituto Ricerche Solari Locarno)正在启动一个天气程序。
2012-11-23 astro-ph.SR
Current helicity constraints in solar dynamo models
我们调查在何种程度上,目前在太阳活动区观测到的螺旋度分布是兼容的太阳发电机模型。我们使用一个先进的二维平均场发电机模型发电机行动主要集中在底部附近的对流区,发电机饱和的基础上的演变的磁螺旋度和代数淬火。为了比较,我们还研究了一个更基本的二维平均场发电机模型与简单的代数α淬火。利用这些数值模型,我们得到了小尺度电流螺旋度和大尺度磁螺旋度的蝶形图,并与观测得到的活动区电流螺旋度的蝶形图进行了比较。这种比较表明,目前的螺旋度的活动区,估计由$-A \cdot B$评估的深度,从活动区的出现,类似于观测数据比小尺度的电流螺旋度直接计算的螺旋度演变方程。这里,$B$和$A$分别是发电机产生的平均磁场及其矢势。
2012-12-07 astro-ph.SR
Efficient small-scale dynamo in solar convection zone
我们通过一系列高分辨率的磁流体动力学模拟研究了太阳对流区中的小尺度发电机作用,在一个局部笛卡尔区域中,水平范围为1 $R_\odot$(太阳半径),径向范围为0.715到0.96 $R_\odot$。的分辨率和扩散率的解决方案的依赖关系进行了研究。对于小于350 km的网格间距,对流区底部附近的均方根磁场强度达到均分场强度的95%(即,磁能和动能相当)。对于这些解决方案的洛伦兹力反馈对流速度被发现是显着的。对流区底部附近的速度降低到流体动力学速度的50%。尽管对流速度显著降低,但焓通量的减少相对较小,因为磁场还抑制了上、下流区域之间熵的水平混合。这种效应增加了熵扰动的幅度,使对流能量传输更有效。我们讨论了太阳全球对流和发电机模拟这些结果的潜在影响。
2015-02-12 astro-ph.SR
The asymmetry of sunspot cycles and Waldmeier relations as due to nonlinear surface-shear shaped dynamo
本文提出了一个太阳发电机模型的研究工作在大部分的对流区与环向磁场通量集中在地下旋转剪切层。我们探讨如何这种类型的发电机可能取决于湍流参数的空间变化和表面附近的差分旋转。平均场发电机模型考虑了磁螺旋度的演化,并描述了它对$α$效应产生大尺度磁场的非线性反馈。我们比较了模型预测的磁周期特性,包括周期不对称性(与增长和衰变时间相关)和持续时间-振幅关系(Waldmeier效应),与观测到的太阳黑子周期特性。我们表明,该模型定性地再现了太阳周期的基本性质。
2011-07-17 astro-ph.SR
From fibril to diffuse fields during dynamo saturation
研究了大型发电机磁场的不稳定度。基于模拟,有人认为,有一种趋势,该领域变得更加分散和非间歇性的发电机饱和。模拟是理想化的,因为湍流是强螺旋的,剪切是强的,所以场变得更加扩散的趋势有点夸张。较早的结果有关的磁浮力的影响进行了讨论。它强调的是,所产生的磁浮力是弱的同时向下泵送的较强的影响相比。这些研究结果被用来支持的概念,太阳发电机可能会在分布式的方式,近地表剪切层可以发挥重要作用。
2009-04-18 astro-ph.SR
The solar dynamo: inferences from observations and modeling
观测结果表明,太阳活动发电机理论的两个基本效应-通过差速旋转从极向场产生环向场,以及通过螺旋运动将环向场反向转换为极向场-在太阳中起作用。然而,这两种效应不足以为太阳发电机构建一个现实的模型。只有当一个非本地版本的α-效应,是向下的反磁泵和场平流的赤道向纬向流附近的对流区的底部允许,可以密切复制所观察到的活动周期。阿尔法效应的波动可以从太阳黑子数据中估计出来。具有波动参数的发电机模型再现了太阳活动周期的不规则性,包括大活动极小值。然而,不规则性的参数激发的物理学仍有待理解。
2014-04-16 astro-ph.SR
An application of a solar-type dynamo model for Epsilon Eridani
在过去的十年中,活动周期与恒星参数之间的关系受到了特别的关注。可靠的活动登记册的建设表明,太阳型恒星表现出活动周期从几年到几十年,在相同的情况下,长和短的活动周期共存,这表明两个发电机可以在这些恒星中运行。尤其是波江座Epsilon Eridani是一颗活跃的年轻K2V恒星(0.8 Gyr),它的色球周期有短期和长期,分别为3年和13年。此外,在1985年至1992年间,这颗恒星经历了一个广泛的活动极小期,类似于太阳的蒙德极小期。在这些结果的激励下,我们在波江座Epsophy发现了一个检验发电机理论的好机会。基于Sraibman和Minotti(2019)开发的模型,在这项工作中,我们为EpipheriEridani构建了一个非线性轴对称发电机。模拟的近地表磁场分量在整个星盘中的时间序列既有长周期活动周期,也有短周期活动周期,其周期与观测结果相似,同时也有低活动的时间间隔,这可能与宽极小期有关。与磁反转相关的短活动周期可以用差动旋转来解释,而长周期则与洛伦兹力引起的纬向质量流有关。通过这种方式,我们表明,一个单一的非线性发电机模型来自第一原理与准确的恒星参数可以重现共存的活动周期。
2020-06-29 astro-ph.SR
Azimuthal dynamo wave in spherical shell convection
我们报告的方位角发电机波的低阶(m=1)模式中的直接数值模拟(DNS)的湍流对流球壳的发现。这样的波预测的平均场发电机理论,并已获得以前的平均场模型。测光和多普勒成像的观测结果都揭示了几颗快速旋转恒星的斑点持续漂移,但是,尽管方位角发电机波被认为是造成这种行为的可能机制,但它被认为是不可能的,因为缺乏来自DNS的这种波的实际证据。在我们的DNS中的大规模磁场,这是由于自洽发电机作用,是由一个逆行的m=1模式为主。它的图案速度几乎与纬度无关,并且不反映任何深度的差异旋转速度。磁性m=1结构的极值与温度m=2结构的最大值相吻合。这些结果提供了直接支持所观察到的漂移是由于方位角发电机波。
2013-09-26 astro-ph.SR
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
Grand minima and intermittency in near-critical convection-driven dynamos
Institute of Physics, University of Graz(格拉茨大学物理研究所);Institut für Sonnenphysik (KIS)(太阳物理研究所)
通过三维旋转磁流体动力学模拟发现,近临界对流驱动发电机的超临界性越低,长期变异性越强,弱超临界性是太阳极小期出现的原因,早期全球发电机模拟因超临界性过高未出现极小期。
2026-10-14 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Confinement of the Solar Tachocline by Dynamo Action in the Radiative Interior
太阳物理学中一个主要的突出问题是对太阳速跃层的限制,这是一个薄的剪切层,它将辐射内部的近固体旋转与对流区的强烈差异旋转分开。在这里,我们提出了第一个3-D的,全球性的太阳模拟中,一个速跃层是由自激发电机限制。非轴对称的磁性最初建立在对流区,然后扩散印记向下。此外,该领域是本地放大整个辐射内部的强烈水平运动所产生的赤道Rossby波和可能的剪切不稳定性。因此,我们的工作挑战了长期以来的观念,即太阳的发电机磁场只被放大到速跃层的深度,并储存在一个静止的辐射内部。
2022-09-27 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
Spoke-like differential rotation in a convective dynamo with a coronal envelope
我们报告的结果与外日冕层的对流发电机模拟。磁场是由地表下的对流运动自洽地产生的。在对流区上方,我们包括一个延伸到1.6个太阳半径的多变层。该区域的温度增加到$\approx8$乘以表面处的值,对应于$\approx1.2$乘以球壳底部处的值。我们把这个区域与日冕联系起来。我们发现太阳一样的差分旋转与恒定的旋转速率的径向轮廓,以及近表面的剪切层。这种非圆柱形的旋转轮廓是由非零纬度熵梯度引起的,它通过斜压项抵消了泰勒-普劳德曼平衡。赤道环流是多细胞的,在低纬度的地表附近有一个类似太阳的向极流动。在大多数情况下,平均磁场是振荡的,在两种情况下向赤道迁移。在其他情况下,向赤道方向的迁移被静止的甚至向极方向迁移的平均场所覆盖。
2013-11-13 astro-ph.SR
A Three-Dimensional Babcock-Leighton Solar Dynamo Model: Initial Results with Axisymmetric Flows
介绍了STABLE(Surface flux Transport And Babcock-Leighton)太阳发电机模型。STABLE是一个3D Babcock-Leighton/Flux Transport发电机模型,其中极向场的源是双极磁区(BMR)的显式出现,扭曲和分散。在这里,我们比以前更详细地描述了稳定模型,我们通过再现2D平均场基准来验证它。我们还提出了一些有代表性的发电机模拟,侧重于特殊情况下的运动磁感应强度和轴对称流场。并非所有的溶液都是超临界的;当表面附近的湍流扩散为$\geq 10^{12}$ cm $^2$ s $^{-1}$时,BL机制维持发电机可能是一个挑战。然而,如果BMR足够大、足够深、足够多,那么就可以找到持续的、循环的、发电机的解决方案,表现出类似太阳的特征。此外,我们发现,由于表面差异旋转而产生的径向磁通量剪切可以解释每个半球的大部分净环向磁通量产生,正如Cameron & Schussler(2015)最近对太阳的论点。
2016-03-19 astro-ph.SR
Dynamo Wave Patterns Inside the Sun Revealed by Torsional Oscillations
扭转振荡代表太阳周围的快速和慢速纬向流带,它们延伸到对流区深处,并在太阳活动周期中沿着太阳黑子蝴蝶图向赤道迁移。对1996年至2018年近两个太阳活动周期的日震学数据进行分析,发现由于发电机产生的磁场,太阳内部存在扭转振荡减速区。纬向减速起源于高纬度对流区底部附近,并迁移到表面,揭示了帕克发电机理论预测的磁发电机波模式。分析表明,太阳发电机的主座位于速跃层的高纬度地带。它提出了一个发电机的方案,可以解释以前在日冕形状演变中观察到的“延长的太阳周期”。结果表明,纬向加速度在当前的太阳活动周期大幅下降,并表明在下一个太阳活动周期的活动进一步下降。虽然尚未建立纬向减速的幅度和导致太阳黑子形成的出现的环形场的量之间的关系,但结果为使用日震学数据进行太阳周期建模和预测打开了一个新的视角。
2019-01-12 astro-ph.SR
Multiple dynamo modes as a mechanism for long-term solar activity variations
太阳磁场活动既有平滑的长期变化,如现代大极大期,也有相当突然的下降,称为大极小期。对流驱动发电机的直接数值模拟(DNS)提供了一种研究这些事件背后机制的方法。在这项工作中,我们分析了一个类似太阳的DNS的解决方案,该解决方案已经进化了大约80个4.9年的磁周期,在此期间检测到不规则行为的时代。我们分析的重点是寻找这种行为的物理原因。DNS采用的是一个半全球(楔形)磁对流模式。对于数据分析,我们使用Encourage经验模式分解(EEMD)和相位色散($D^2$)方法。DNS的一个特殊性质是在不同深度和纬度存在多个发电机模式。主导模式是类太阳模式。该模式伴随着表面附近的高频模式和对流区底部的低频模式。发电机解决方案的整体行为是非常复杂的表现出可变的周期长度,时代的干扰,甚至停止表面活动,和强烈的短期半球不对称性。令人惊讶的是,最突出的抑制表面活动时期实际上是全球磁能最大值。我们解释的整体不规则的行为是由于不同的发电机模式显示不同的赤道对称性的相互作用,特别是平滑的部分的不规则的变化与模式的强度的变化,演变与不同的和可变的周期长度。突然的低活动时期在占主导地位的发电机模式附近的表面是一个强大的最大值的底部环向场强度,这会导致突然的干扰,特别是在差分旋转剖面通过抑制的雷诺应力。
2016-01-22 astro-ph.SR
Magnetic fields in fully convective M-dwarfs: oscillatory dynamos vs bistability
M矮星有两种活动:1)强(千高斯)的几乎轴对称的极向磁场; 2)相当弱的非轴对称磁场,有时包括大量的环向分量。发电机双稳性已被提出作为一种解释。然而,在发电机模型中获得这样的双稳态并不简单。另一方面,太阳磁偶极子在磁场反转时变得横向于旋转轴,而磁场在远离反转时变得较弱。因此,太阳类似于具有第二种活动的恒星。我们认为M矮星可以有磁循环,而具有第二种活动的M矮星可能只是在磁场反转时观测到的恒星。在此模型框架下,可以利用具有第二类活动的M矮星的相对数量来确定近地表恒星对流的参数。
2014-01-08 astro-ph.SR
Surface flux evolution constraints for flux transport dynamos
太阳磁场的表面通量输运(SFT)模型包含经验上良好约束的速度和磁场。该模型较好地描述了太阳大尺度表面磁场的基本演化。SFT模型的方位平均演化可以与通量输运发电机(FTD)的表面演化进行比较,并且SFT模型的演化可以用于约束FTD模型的几个近表面性质。我们比较了FTD模型的结果与不同的上边界条件和扩散率剖面对SFT模型的结果。在FTD模型的成分中,与正扩散率梯度相关的磁通量的向下泵送在减缓磁通量通过太阳表面的扩散径向传输方面具有显著效果。如果抽吸足够强,在近表面边界层中产生磁雷诺数为5的下降流,则使用垂直边界条件的FTD与基于边界层上方平均速度的SFT模型相匹配。带有势场的FTD模型无法匹配SFT结果。
2012-05-05 astro-ph.SR
Double ring algorithm of solar active region eruptions within the framework of kinematic dynamo model
最近的研究结果表明,Babcock-Leighton极向场产生机制在太阳活动周期中起着重要的作用。然而,对这种机制进行建模并不总是正确地捕捉到潜在的物理现象。特别是,它已被证明,使用一个空间分布的近表面α效应参数化的巴布科克-莱顿机制产生的结果不同意的意见。出于这一动机,我们正在开发一个物理上更一致的太阳活动周期模型,在该模型中,我们通过双环结构的出现和通量分散来模拟极向场的产生。在这里,我们提出了这个新的发电机模型的初步结果。
2013-02-13 astro-ph.SR
Mean-field solar dynamo models with strong meridional flow at the bottom of the convection zone
本文研究了一个在对流区底部有一个深滞止点和强回流的纬向环流的运动学轴对称平均场发电机模型。这种环流来自太阳对流区角动量平衡的平均场模型。我们表明,这类纬向环流有可能构建在某些方面类似于太阳黑子磁活动周期的运动发电机模型。发电机模型包括湍流源的大规模极向磁场生产,由于动力学螺旋度和综合效应,由于科里奥利力和大规模的电流。在这些模型中,环向磁场,这是负责太阳黑子的生产,是集中在对流层的底部,并通过纬向流传输到低纬度地区。极向场的纬向分量也集中在对流区的底部,而径向分量则集中在近极区。这些问题可能是由给定的纬向环流型和对流区内磁扩散率的分布引起的。特别是在近赤道地区,环向分量和极向分量之间的相位关系与观测结果不一致。此外,我们表明,磁循环的周期可能并不总是单调减少的纬向流速度的增加。因此,对于进一步的进展,重要的是确定的纬向环流的结构,这是一个关键的属性,从日震观测。
2011-04-07 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
Effects of anisotropy of turbulent convection in mean-field solar dynamo models
我们研究了湍流对流的各向异性如何影响大尺度磁场的扩散和太阳上的发电机过程。在平均场磁流体力学框架中使用最小的$τ$近似计算各向异性的影响。我们研究两种类型的平均场发电机模型:著名的基准通量传输模型,和一个分布式发电机模型与地下旋转剪切层。对于这两个模型,我们调查的双细胞纬向环流的影响,最近提出的日震学。我们引入了一个各向异性参数,作为湍流混合的径向和水平强度的比值,来表征各向异性效应。研究发现,湍流对流的各向异性影响对流区内部的磁场分布。各向异性越强,对流区底部和顶部边界附近的磁通量越集中。结果表明,当各向异性参数较大时,临界发电机数和发电机周期趋于常数。各向异性减少了时间-纬度"蝴蝶“图中后续周期的环形场的重叠。如果我们假设太阳黑子是在次表层剪切层附近形成的,那么具有各向异性扩散率的分布式发电机模型满足日震学结果的观测约束,并且与从表面磁场的动态估计的有效湍流扩散值一致。
2013-11-21 astro-ph.SR
A Dynamo Confinement Scenario for the Solar Tachocline and its Implications for Spin-down in the Radiative Spreading Regime
University of California, Santa Cruz(加州大学圣克鲁兹分校);University of Colorado, Boulder(科罗拉多大学博尔德分校)
本文研究了太阳湍流层如何通过动力学约束对抗辐射扩散,发现湍流层的自转减退通过Maxwell应力传递至深层辐射区,揭示了自转减退的传播机制。
2026-04-16 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
Characterizing the solar cycle variability using nonlinear time series analysis at different amounts of dynamo supercriticality: Solar dynamo is not highly supercritical
该研究利用Higuchi分形维数、Hurst指数等非线性时间序列分析方法,对比不同超临界度的发电机模型与85个活动周的太阳黑子重建数据,得出太阳发电机运行在近临界区域、并非高度超临界的结论。
2024-03-10 astro-ph.SR physics.space-ph
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
Magnetorotational instability in a solar near-surface mean-field dynamo
本研究通过模拟$αΩ$型发电机,探讨磁旋转不稳定性在太阳近表面剪切层的运行条件,发现其受临界剪切参数影响,但湍流磁扩散率可能抑制其激发,仅标准$Ω$效应起作用。
2025-10-26 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Dynamo Sensitivity in Solar Analogs with 50 Years of Ca II H & K Activity
太阳的磁场活动有一个稳定的11年周期,最为人所知的是在可见的带通中太阳盘面上出现的暗黑子的上升和下降。11年的周期也表现在Ca II H & K线芯的发射变化中,这是由于低色球层的非热(即磁)加热。由于威尔逊山天文台HK光度计(1966-2003年)和洛厄尔天文台太阳-恒星光谱仪(1994年至今)的天气监测,Ca II H & K发射的巨大变化允许研究其他恒星的长期变化模式。重叠测量一组27个附近的太阳模拟(光谱类型G 0-G5)的恒星被用来校准这两个仪器和构建时间序列的磁活动长达50年的长度。对发电机至关重要的精确特性可以从依巴谷、日内瓦-哥本哈根巡天和CHARA干涉测量中获得。使用这些长时间序列和测量的基本属性,我们做了一个比较研究的恒星“双胞胎”,探索恒星发电机的结构,旋转和组成的微小变化的敏感性。我们还将这个样本与太阳进行了比较,并发现太阳周期的定期变化在参数空间中最近的邻居中可能是罕见的。
2016-09-15 astro-ph.SR
A transition of dynamo modes in M dwarfs: narrowing down the spectral range where the transition occurs*
Houdebine等人(2017:H17)将CaII数据与投影旋转速度(v sin i)相结合,以构建K-M矮星的旋转活动相关性(RAC)。RAC斜率用于论证发电机模式之间的转换发生在M2和M3之间的光谱类型处。H17提出发电机转变对应于完全对流转变(TTCC)。对GAIA数据的独立研究使Jao等人(2018)认为TTCC在M3.0V附近设置,接近H17结果。然而,在GAIA数据中导致TTCC签名的恒星的变化可能不会导致相同光谱类型的CaII发射的变化:后者也受到磁效应的影响,这取决于核心中对流的某些特性。在这里,我们使用钙II发射通量的样本中的~600 M的矮星,并试图缩小从一个发电机模式到另一个的过渡:而不是依赖于RAC斜率,我们量化的钙II发射通量如何随光谱类型的变化,以确定步骤中的通量显着减少在一个狭窄的光谱类型范围内。我们建议,发电机模式转换可能会缩小到M2.1和M2.3之间。这接近但早于Jao et al(2018)确定的TTCC位置。我们认为,发电机模式的转变可能与存在一个小的对流核心,发生在一个有限的时间间隔,在某些低质量的恒星。
2020-01-23 astro-ph.SR
Small-scale Dynamo in Cool Stars: I. Changes in stratification and near-surface convection for main-sequence spectral types
本研究利用MURaM代码模拟F3V到M0V型冷主序星的近表面对流,首次探究小尺度发电机(SSD)对恒星分层与对流的影响,发现SSD产生的磁场能量占比随有效温度升高而增大,且对F型星的对流速度与热力学分层影响最显著。
2023-07-20 astro-ph.SR
Discriminating between Babcock-Leighton-type solar dynamo models by torsional oscillations
本研究通过比较三个Babcock-Leighton发电机模型的纬向加速度与观测值,利用扭转振荡的纬度起源和相位差特性来区分模型,并约束对流区磁场构型。
2024-05-28 astro-ph.SR
Amplification and stability of magnetic fields and dynamo effect in young A stars
本文研究了可能演化为Ap星的中等质量恒星的早期磁场演化和差异自转。我们报告模拟的相互作用的差分旋转和磁场,稳定性限制和非线性演化的这种配置,以及从不稳定的情况下的发电机行动的前景。轴对称问题提供了场放大和磁场对差动旋转的反作用之间的平衡。非轴对称的情况下,也涉及泰勒不稳定性的放大环向场。我们考虑限制场放大,并将其应用于年轻的A星。除了它的应用程序,以Ap星,不稳定性是仔细检查发电机的基本可能性。我们并不是在寻找发电机来解释Ap星现象。动力螺旋度主要集中在计算区域内球的切圆柱附近,在北半球为负。这似乎是一种普遍存在的效应,而不是泰勒不稳定性所特有的。后者实际上是与一个积极的电流螺旋在大部分的球壳引起一个小的,但非零的α效应的非线性演化的不稳定性。
2010-10-19 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
Solar dynamo and geomagnetic activity
在11年太阳活动周期中,地磁活动与太阳黑子数之间的相关性表现出长期的变化,这是由于与太阳黑子相关的地磁活动和与太阳黑子无关的地磁活动之间的时滞不同,以及各自地磁活动峰值的相对幅度不同。由于太阳黑子相关和非太阳黑子相关的地磁活动是由不同的太阳代理人,有关的太阳环向场和极向场,分别,我们使用它们的变化来推导太阳发电机的参数转换极向场到环向场和回来。我们发现,在过去的12个周期的太阳表面纬向环流变化之间的5和20米/秒(平均在纬度和整个太阳黑子周期),深环流变化之间的2.5和5.5米/秒,和扩散率在整个对流区是~10**8米2/秒。在过去的12个周期中,太阳发电机一直在对流区的大部分区域中以中等扩散为主的状态运行。这意味着在地表产生的极向场的一部分被纬向环流平流输送到两极,向下到达速跃层和赤道到太阳黑子纬度,而另一部分则直接扩散到中纬度的速跃层,使纬向环流“短路”。太阳黑子极大值是由这两部分极向场产生的两个环向场浪涌的叠加,这是对黑子极大值双峰和格涅维雪夫间隙的解释。在速跃层附近,发电机一直运行在扩散主导的制度中,扩散比平流更重要,所以随着深环流速度的增加,极向场扩散衰减的时间减少,产生更多的环向场,导致更高的太阳黑子最大值。在蒙德极小期的发电机运行在平流为主的制度附近的速跃层,从扩散为主的过渡到平流为主的制度所造成的急剧下降的表面纬向环流,这是一般的最重要的因素调制的振幅的太阳黑子周期…
2010-03-18 astro-ph.SR
Rieger-type periodicity during solar cycles 14-24: estimation of dynamo magnetic field strength in the solar interior
太阳活动在几个月的时间尺度上发生变化,被称为Rieger型周期性,通常发生在太阳黑子周期的最大值附近。早期的分析表明,周期性只出现在某些周期中,而在其他周期中则不存在。但在不同的周期出现/缺席尚未得到解释。我们进行了小波分析的太阳黑子数据从格林威治皇家天文台和比利时皇家天文台在周期14-24。我们发现,在所有的周期中都会出现里格型周期,但它们是周期依赖性的:较短的周期出现在较强的周期中。我们的分析显示,在弱周期14-15和24期间,周期为185-195天,在较强周期16-23期间,周期为155-165天。本文导出了在对流区底部附近的发电机层中存在环形磁场和差动旋转时磁Rossby波的球谐函数的色散关系。这表明,m=1和n=4的快Rossby波的谐波,其中m(n)分别表示环向(极向)波数,完全符合观察到的周期性。环向场强从弱到强的变化可能导致在这些周期中发现的不同周期,这解释了所观察到的神秘的Rieger型周期性特征。最后,我们使用观察到的周期性来估计周期14-24期间的发电机场强。我们的估计表明,对于较强的周期,场强为40 kG,对于较弱的周期,场强为20 kG。
2016-05-13 astro-ph.SR
Convective Babcock-Leighton Dynamo Models
我们提出了第一个全球性的,三维模拟的太阳/恒星对流,考虑到磁通量出现的Babcock-Leighton(BL)机制的影响。我们已经表明,包含BL极向源项的对流模拟可以促进循环活动,否则稳定发电机。一些周期性质让人想起太阳观测,例如对流区底部附近的环形通量向赤道传播。然而,在这个年轻的太阳(旋转速度比太阳速率快三倍)的周期是非常短的($\sim$ 6个月),目前还不清楚是否可以实现更长的周期在这个建模框架内,由于高效率的场生成和传输的对流。即便如此,在三维对流模拟中纳入平均场参数化来解释通量出现等难以捉摸的过程,可能会在未来的太阳和恒星活动周期建模中证明是有用的。
2012-01-12 astro-ph.SR
Are short-term variations in solar oscillation frequencies the signature of a second solar dynamo?
除了众所周知的11年太阳活动周期外,太阳的磁场活动也在较短的时间尺度上显示出显著的变化,例如在一到两年之间。我们观察到一个准两年(2年)的信号在太阳的p模式振荡频率,这是太阳内部的敏感探针。该信号在不同仪器观测到的太阳作为恒星的数据中是可见的,在这里,我们描述了使用BiSON,GOLF和VIRGO数据获得的结果。我们的研究结果表明,2年的信号是容易受到11年的主要太阳活动周期的影响。然而,信号的来源似乎与11年周期的信号是分开的。我们推测,它是否可能是第二个发电机的签名,位于该地区的近地表旋转剪切。
2010-12-22 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
Kinematic active region formation in a three-dimensional solar dynamo model
我们提出了一个现象学的技术建模活动区域的出现在一个三维的,动态发电机的框架。通过施加局部速度扰动,我们在对流区底部的环形磁场中产生出射通量管,导致太阳表面活动区的爆发。速度扰动进行校准,以重现观测到的活动区域的属性(包括活动区域的大小和通量,以及倾斜角随纬度的分布),从而导致在一个更一致的治疗磁通管出现在运动发电机模型比人工通量沉积。我们演示了如何使用这种技术来同化观测和驱动的运动学三维模型,并用它来研究活动区的出现和衰减的极向场的来源的特性。我们发现,极向分量是最强的不是在太阳表面,但在中间的对流区,与通常的假设,即极向源位于太阳表面附近。我们还发现,虽然大部分的能量包含在较低的对流区,有一个很好的相关性之间的演变的表面和内部磁场。
2013-09-24 astro-ph.SR
Mesogranulation and small-scale dynamo action in the quiet Sun
宁静太阳区域通常表现出小尺度磁场结构的复杂分布,这些结构与近地表湍流对流运动相互作用。此外,这些磁场中的一些可能是由对流发电机机制局部产生的。除了众所周知的颗粒和超颗粒对流尺度,各种观测表明,有一个中间尺度的对流,称为mesogranulation,垂直磁通量浓度积累优先在mesogranular边界。我们的目的是调查的对流,表现出颗粒和mesogranulation的小尺度发电机性能,比较我们的研究结果与太阳观测。采用一个理想化的模型,局部区域的安静的太阳,我们使用可压缩磁流体力学的数值模拟,在三维笛卡尔域,调查这个系统的参数依赖性(特别是侧重于不同的纵横比和雷诺数的影响)。在纯流体动力对流,我们发现,中粒化是一个强大的功能,这个系统提供的域是足够宽,以适应这些大规模的运动。在较高雷诺数的模拟中,动能谱中的中颗粒峰更为明显。我们研究了该系统的发电机性能的运动学和非线性制度,我们发现,发电机总是更有效地在更大的领域,当mesogranulation存在。此外,我们使用傅立叶空间中的滤波技术来证明,它确实是更大尺度的运动,主要负责驱动发电机。在非线性状态下,磁场分布在空间分布和测得的场强方面与观测结果相比非常有利。
2014-01-20 astro-ph.SR
The solar dynamo begins near the surface
本研究针对太阳发电机起源的深层理论争议,结合日震学观测与磁旋转不稳定性机制,通过解析估算和数值模拟证实太阳发电机是近表面不稳定性,为磁周期和空间天气预测提供新方向。
2024-04-13 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.space-ph
Dynamo induced by time-periodic force
为了理解时变流(如湍流)驱动的发电机效应,本文数值研究了旋转磁流体动力学流中时变力引起的发电机效应,并着重研究了力频率对发电机效应的影响。发现发电机作用依赖于力的频率。当力的频率接近共振频率时,力可以驱动发电机,而当力的频率远离共振频率时,发电机失效。在共振频率附近的频率范围内,力的共振频率感应出弱磁场,并且随着力的频率偏离共振频率,磁能增加。这与共振时的强流将诱发强场的直觉相反。这是因为磁场与自励发电机内的流体流动发生非线性耦合,改变了驱动力与惯性波的共振。
2018-02-26 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn