A.В. Гетлинг, Р.Д. Симитев, Ф.Х. Буссе. Глобально

Глобально-локальное
солнечное динамо ―
единый механизм?
A. В. Гетлинг
НИИЯФ МГУ, Москва
Р. Д. Симитев, Ф. Х. Буссе
Университет г. Байройта, Германия
Важнейшая черта
солнечного динамо ―
взаимодействие глобальных и
локальных магнитных полей
Электродинамика средних полей →
локальные поля не рассматриваются
Возможная альтернатива →
«детерминистское» динамо с ясно
выраженными структурными элементами
в течении и магнитном поле
Кинематическая модель
ячеечного динамо
(ячейка = тороидальный вихрь):
А.В. Гетлинг, Б.А. Тверской
Геомагн. и аэрон. 11, 211, 389 (1971)
Тороидальный вихрь ―
«элементарный кирпичик»
глобального динамо
Конвективный механизм
усиления и структурирования
магнитного поля
Метод исследования:
численное моделирование
ячеечной МГД-конвекции во
вращающейся сферической
оболочке
Постановка задачи:





Сферическая оболочка, заполненная
жидкостью
Свободные электроизолирующие границы
с идеальной теплопроводностью
Нагрев через внутреннюю границу и/или
равномерно распределенными
источниками тепла
Приближение Буссинеска
Температурная зависимость плотности
может содержать малый квадратичный
член
Геометрия задачи
Использованный
псевдоспектральный
алгоритм:
F.H. Busse, E. Grote, and A. Tilgner,
Stud. Geophys. Geod. 42, 211 (1998)
Статический температурный
профиль
q
 Ts 
0
cp
2

1
q
Ts   0  r   1 ,  
2
r
3c p
2
ri
1
2 1
Ti  To  T   d
, 
2
1 
ro
Физические параметры задачи
d
Td
Ri 
, Re 


d  ro  ri , g   r 
6

2d 2

4


, P  , Pm 

m
Случаи нагрева внутренними
источниками тепла
Геометрический параметр:
η = 0.6
Физические параметры:
τ = 10, P = 1,
Pm=30 или 200, Ri = 3000, Re = − 6000
Вычислительный параметр:
m=5
Статические профили
температуры и ее градиента
Вариант с Pm=30
Радиальная скорость на поверхности
r = ri + 0.5 d
t = 98.73
Азимутальная скорость и
меридиональные линии тока
t = 98.73
Радиальное магнитное поле на
поверхности r = ro + 0.7 d
t = 98.73
t = 101.73
Радиальное магнитное поле на
поверхности r = ro
Изменение полоидальных
компонент H10 и H20 на
поверхности r = ro + 0.5 d
Изменение полной магнитной
энергии
Изменение энергии дипольного
поля
axisymm. pol.
axisymm. tor.
asymm. pol.
asymm. tor.
Аналогичный вариант с
Pm = 200
Радиальная скорость на
поверхности r = ri + 0.5 d
t = 120.8
t = 130.4
Радиальное магнитное поле на
поверхности r = ro
t = 120.8
t = 130.4
Изменение полоидальных
компонент H10 и H20 на
поверхности r = ro + 0.5 d
Случай нагрева через
внутреннюю границу
и линейной зависимости ρ(Θ)
Геометрический параметр:
η = 0.8
Физические параметры:
τ = 0.1, P = 1,
Pm= 5, Ri = 0, Re = 5000
Вычислительный параметр:
m=2
Статические профили
температуры и ее градиента
Радиальная скорость на
поверхности r = ri + 0.5 d
t = 39.46
t = 39.76
Радиальное магнитное поле на
поверхности r = ro
t = 38.8
t = 39.9
Изменение полоидальных
компонент H10 и H20 на
поверхности r = ro + 0.5 d
Выводы





Локальные магнитные поля → биполярные
конфигурации
Разрушаясь, они переходят в фоновые поля
В полярных областях наблюдается
вытеснение «старых» полей «новыми»
Наблюдаются изменения знака дипольной
компоненты глобального поля
Энергия магнитного поля → перемежаемость
Спасибо за
внимание