Моделювання генерації тороїдального магнітного поля сонця диференціальним обертанням

Логінов, ОО, 1Криводубський, ВН, Сальников, НН, Пруцко, ЮВ
1Астрономічна обсерваторія Київського національного університету імені Тараса Шевченка, Київ, Україна
Рубрика: Фізика Сонця
Мова: російська
Анотація: 

В рамках теорії кінематичного динамо побудувано математичну модель еволюції тороїдального магнітного поля Сонця, що збуджується диференційним обертанням конвективної зони при наявності полоїдального поля реліктового походження. Використано профіль кутової швидкості, отриманий в результаті розшифровки даних геліосейсмологічних експериментів. Для моделі ідеальної магнітної гідродинаміки розраховано широтні профілі наростаючого в часі тороїдального поля для різних глибин у сонячній конвективній зоні. Знайдено, що в області диференційного обертання для збудженого тороїдального поля притаманні суттєві флуктуації його величини за глибиною. На основі отриманих нами результатів моделювання ми запропонували пояснення «неправильної полярності» магнітних біполярних груп плям у сонячних циклах.

Ключові слова: геліосейсмологія, Сонце, тороїдальне магнітне поле
References: 

1. С. И. Вайнштейн, Я. Б. Зельдович, А. А. Рузмайкин, Турбулентное динамо в астрофизике, ( М.: Наука, 1980.—352 с.)

2. М. Н. Гневышев, А. И. Оль, "О 22-летнем цикле солнечной активности". Астрон. журн. 25 (1), 18—20 (1948).

3. А. Г. Загородний, О. К. Черемных, Введение в физику плазмы, ( Киев: Наук. думка, 2014.—696 с.)

4. I. О. Кременецький, О. К. Черемних, Космічна погода: механізми і прояви, ( Київ:Наук. думка, 2009.—144 с.)

5. В. Н. Криводубский, "О турбулентной проводимости и магнитной проницаемости солнечной плазмы". Солн. данные. № 7, 99—109 (1982).

6. Ю. П. Ладиков-Роев, О. К. Черемных, Математические модели сплошных сред, (Киев: Наук. думка, 2010.—552 с.)

7. А. А. Логинов, В. Н. Криводубский, О. К. Черемных, Н. Н. Сальников, "О пространственно-временной структуре глобальных течений на Солнце". Вісн. Київ. ун—ту. Астрономія. 48, 54—57 (2012).

8. А. А. Логинов, Н. Н. Сальников, О. К. Черемных, В. Н. Криводубский, Н. В. Маслова, "Гидродинамическая модель генерации глобального полоидального течения на Солнце". Космічна наука і технологія. 17 (1), 29—35 (2011).

9. А. А. Логинов, О. К. Черемных, В. Н. Криводубский, Н. Н. Сальников, "Гидродинамическая модель торсионных колебаний Солнца". Космічна наука і технологія. 18 (1), 74—81 (2012).

10. В. И. Макаров, М. В. Кушнир, "О низких l-модах крупномасштабного магнитного поля Солнца". Солнеч. данные. № 7, 64—69 (1987).

11. А. И. Хлыстова, Д. Д. Соколов, "Тороидальное магнитное поле по данным о группах, нарушающих правило Хейла", Солнечная и солнечно—земная физика — 2008, ( Санкт—Петербург: Главная (Пулковская) астрономическая обсерватория РАН, 2008), С. 373—374.

12. M. D. Altschuler, D. F. Trotter, G. Newkirk, R. Howard, "The large-scale solar magnetic field". Solar Phys. 39, 3—17 (1974).

13. S. Basu, H. M. Antia, "Characteristics of solar meridional flows during solar cycle 23". Astrophys. J. 717 (1), 488—495 (2010).

14. D. W. Boyer, E. H. Levy, "Oscillating dynamo magnetic field in the presence of an external nondynamo field — The influence of a solar primordial field". Astrophys. J. 277, 848—861 (1984).

15. D. C. Braun, A. C. Birc, "Prospects for the detection of the deep solar meridional circulation". Astrophys. J. Lett. 689, L161—L165 (2008).

16. A. S. Brun, M. K. Browning, M. Dikpati, H. Hotta, A. Strugarek, "Recent advances on solar global magnetism and variability". Space Sci. Revs. 196 (1—4), 101—136 (2015).

17. F. H. Busse, "Magnetohydrodynamics of the Earth's dynamo". Annu. Rev. Fluid Mech. 10, 435—462 (1978).

18. P. Charbonneau, "Dynamo models of the solar cycle". Living Rev. Sot ar Phys. 7 (3), 1—91 (2010).

19. O. K. Cheremnykh, V. O. Yatsenko, O. V. Semeniv, Y. V. Shatokhina, "Nonlinear dynamical model for space weather prediction". Ukr. J. Phys. 53 (5), 504—507 (2008).

20. A. R. Choudhuri, M. Schussler, M. Dikpati, "The solar dynamo with meridional circulation". Astron. and Astrophys. 303, L29 (1995).

21. M. Couette, "Etudes sur le frottement des liquides". Ann. Chem. Phis. 21, 433

22. R. Durran Dale, "Improving the anelactic approximation". J. Atmos. Sci. 46 (11), 1453—1461 (1989).

23. P. M. Giles, T. L. Duval, P. H. Scherrer, R. S. l. Bogart, "A subphotospheric flow of material from the Sun»s equator to its poles". Nature. 390, 52—54 (1997).

24. G. E. Hale, S. B. Nicholson, "The low of Sun-spot polarity". Astrophys. J. 62, 270 (1925).

25. D. H. Hathaway, "Doppler measurements of the Sun's meridional flow". Astrophys. J. 460, 1027—1033 (1996).

26. D. H. Hathaway, "The solar cycle". Living Rev. Soiar Phys. 12 (4), 1—87 (2015).

27. G. Hazra, B. B. Karak, A. R. Choudhuri, "Is a deep one-cell meridional circulation essential for the flux transport solar dynamo?". Astrophys. J. 782 (2), 93 (12 ) (2014).

28. R. Howard, "Studies of solar magnetic fields. I. The average field strengths". Solar Phys. 38, 283—299 (1974).

29. R. Howard, B. J. La Bonte, "The Sun is observed to be a torsional oscillator with a period of 11 years". Astrophys. J. 239, L33—L36 (1980).

30. R. Howe, J. Christensen-Dalsgaard, F. Hill, R. W. Komm, R. M. Larsen, J. Schou, M. J. Thompson, J. Toomre, "Deeply penetrating banded zonal flow in the solar convection zone". Astrophys. J. 533, L163—166 (2000).

31. R. Howe, J. Christensen-Dalsgaard, F. Hill, R. W. Komm, R. M. Larsen, J. Schou, M. J. Thompson, J. Toomre, "Dynamic variations at the base of the solar convection zone". Science. 287, 2456—2460 (2000).

32. R. Howe, J. Christensen-Dalsgaard, F. Hill, R. Komm, J. Schou, M. J. Thompson, "Solar convection-zone dynamics, 1995—2004". Astrophys. J. 634, 1405— 1415 (2005).

33. L. L. Kitchatinov, "The solar dynamo: Inferences from observations and modelling". Geomagn. and Aeronomy. 54, 867—876 (2014).

34. A. G. Kosovichev, "Probing soiar and steliar inierior dynamics and dynamo". Advs Space Res. 41, 830—837 (2008).

35. F. Krause, K. -H. Rätdler, Mean field magnetohydrodynamics and dynamo theory, ( Oxford: Pergamon Press, Ltd., 1980.—271 p.)

36. V. N. Krivodubskij, "Roiational ani iofropy and magnetic quenching of gyrotropic tubulence in the solar convective zone". Astron. Repts, 42, N 1. , 122—126 (1998).

37. V. N. Krivodubskij, "The structure of the global solar magnetic field excited by the turbulent dynamo mechanism". Astron. Repts, 45, N 9. , 738—745 (2001).

38. V. N. Krivodubskij, "Turbulent dynamo near tachocline and reconstruction of azimuthal magnetic field in the solar convection zone". Astron. Nachr. 326 (1), 61—74 (2005).

39. V. N. Kryvodubskyj, "Dynamo parameters of the solar convection zone". Kinematics Phys. Celestial Bodies. 22,N1, 1—20 (2006).

40. V. N. Krivodubskij, "Turbulent effects of sunspot magnetic field reconstruction". Kinematics Phys. Celestial Bodies. 28 (5), 232—238 (2012).

41. V. N. Krivodubskij, "Small scale alpha-squared effect in the solar convection zone". Kinematics Phys. Celestial Bodies. 31 (2), 55—64 (2015).

42. V. N. Krivodubskij, "Double maxima of 11-year solar cycles". Kinematics Phys. Celestial Bodies. 33 (1), 24—38 (2017).

43. Yu. P. Ladikov-Roev, A. A. Loginov, O. K. Cheremnykh, "Nonstationary model of solar spicule". J. Automation and Inform. Sci. 46 (10), 20—29 (2014).

44. A. A. Loginov, O. K. Cheremnykh, V. N. Krivodubskij, N. N. Salnikov, "Hydrodynamic model of spatial and temporial variations of poloidal and toroidal components of three-dimensional solar flows". Bull. Crim. Astrophys. Observ. 108 (1), 58—63 (2012).

45. A. A. Loginov, N. N. Salnikov, O. K. Cheremnykh, Ya. I. Zyelyk, N. V. Maslova, "On the hydrodynamic mechanism of the generation of the global poloidal flux on the Sun". Kinematics Phys. Celestial Bodies. 27 (5), 217—223 (2011).

46. V. I. Makarov, K. R. Sivaraman, "On the epochs of polarity reversals of the polar magnetic field of the Sun during 1870—1982". Bull. Astron. Soc. India. 14, 163—167 (1986).

47. D. Nandy, A. R. Choudhuri, "Explaining the latitudinal distribution of sunspots with deep meridional flow". Science. 296, 1671—1674 (2002).

48. H. W. Newton, M. J. Nunn, "The Sun's rotation derived from sunspots 1934—1944 and additional results". Mon. Notic. Roy. Astron. Soc. 111, 413 (1951).

49. M. I. Pudovkin, E. E. Benevolenskaya, "The quasisteady primordial magnetic field of the Sun and the intensity variations of the solar cycle". Sov. Astron. Lett. 8 (8), 273—274 (1982).

50. J. W. Rayleigh, "On the dynamics of revolving fluids". Sci. Pap. 6, 447—453 (1916).

51. G. Rudiger, L. L. Kitchatinov, "Alpha-effect and alpha-quenching". Astron. and Astrophys. 269, 581—588 (1993).

52. R. Schwenn, "Space weather: The solar perspective". Living Rev. Solar Phys. 3 (2), 1—72 (2006).

53. O. V. Semeniv, V. I. Sidorenko, Y. V. Shatokhina, O. K. Cheremnykh, V. A. Yatsenko, "Optimization approach to space weather prediction". J. Automation and Inform. Sci. 40 (8), 41—56 (2008).

54. H. B. Snodgrass, S. B. Dailey, "Meridtonal motions of magnetic features in the solar photosphere". Solar Phys. 163, 21—42 (1996).

55. G. I. Teylor, "Stability of a viscous liquid contained between two rotating cylinders". Trans. Roy. Soc. London A. 223, 289 (1923).

56. S. V. Vorontsov, J. Christensen-Dalsgaard, J. Schou, V. N. Strakhov, M. J. Thompson, "Helioseismic measurement of solar torsional oscillations". Science. 296, 101—103 (2002).

57. Y. -M. Wang, N. R. Sheeley, Jr. , A. G. Nash, "A new solar cycle model including meridional circulation". Astrophys. J. 383, 431—442 (1991).

58. Ya. B. Zeldovich, A. A. Ruzmaikin, D. D. Sokoloff, Magnetic fields in astrophysics, ( New York: Gordon and Breach, 1983.)