Small scale alpha-squared effect in the solar convection zone

2017

AstSR

Проаналiзовано джерела енергiї сонячної активностi. Первинним джерелом сонячної енергiї служить ядро Сонця, де в результатi реакцiй термоядерного синтезу видiляється енергiя у формi γ-квантiв i частинок нейтрино, якi поширюються назовнi. При наближеннi до поверхнi внаслiдок падiння температури i зростання непрозоростi речовини повнiстю iонiзована сонячна плазма починаючи з певних глибин переходить в стан часткової iонiзацiї. В результатi цього на вiдстанi близько 0,3 сонячного радiуса вiд поверхнi починає виконуватися критерiй Шварцшiльда виникнення конвективного перенесення енергiї внаслiдок гiдродинамiчних рухiв. Вище цiєї межi лежить шар конвективної турбулентностi, в якому енергiя переноситься в основному рухомою речовиною, а не випромiнюванням. Його називають конвективною зоною. В кiнцевому пiдсумку частина перенесеної до поверхнi променистої енергiї надає можливiсть спостерiгати Сонце в рiзних дiапазонах хвиль, тодi як друга частина перенесеної догори енергiї, яка зумовлена конвективними рухами, буде проявлятися на фотосферному рiвнi у виглядi доступних для спостережень грануляцiйних рухiв рiзних масштабiв. Разом з тим частина потоку енергiї, що йде iз надр Сонця, накопичується i переноситься догори в «магнiтнiй формi». Важливою специфiчною властивiстю цього високоефективного механiзму магнiтного перенесення енергiї служать його суттєвi варiацiї в часi, що виявляються в циклiчних змiнах бiльшостi породжуваних магнiтними полями явищ, якi прийнято називати сонячною активнiстю. Специфiчнiсть цього перенесення енергiї проявляється в нестацiонарнiй спалаховiй конверсiї магнiтної енергiї в тепло, а також в кiнетичну енергiю прискорених часток i макроскопiчних (корональних) викидiв плазми. Роль полiгона, де зароджуються основнi процеси, вiдповiдальнi за циклiчнi прояви сонячної активностi, вiдiграє конвективна зона. У глибинах конвективної зони в результатi механiзму динамо деяка частина кiнетичної енергiї гiдродинамiчних рухiв (диференцiального обертання i гiротропної турбулентної конвекцiї) перетворюється в магнiтну енергiю в ходi сонячного циклу, пiдсилюючи тим самим слабке магнiтне поле Сонця релiктового походження. Згенероване в глибинах глобальне магнiтне поле переноситься до сонячної поверхнi завдяки його магнiтнiй плавучостi. Поверхневi магнiтнi структури змiнюють стан атмосфери Сонця, зумовлюють нерегулярну частину випромiнювання i служать джерелом потужних нестацiонарних явищ в зовнiшнiх атмосферних шарах (фотосферi, хромосферi i коронi). Зроблено огляд сучасної концепцiї таких явищ, як гаряча сонячна корона, сонячний вiтер i мiжпланетне магнiтне поле, якi формують космiчну погоду в мiжпланетному просторi. Вiдзначено внесок «київської корональної школи» С.К.Всехсвятського у становлення концепцiї динамiчної корони Сонця.

Section: роль магнIтного поля в перенесеннI енергIїunclassified

Sources of solar energy and interplanetary magnetic field

2017

AstSR

“…Саме α-ефект дозволяє при моделюваннi досить просто замкнути магнiтний цикл Сонця. У нашiй недавнiй роботi [24] показано, що маломасштабний α 2 -ефект Крайчнана в глибоких шарах СКЗ може в значнiй мiрi сприяти самоорганiзацiї слабких неперервних магнiтних полiв в iзольованi магнiтнi силовi трубки (МСТ). Другу групу ефектiв складають турбулентнi процеси, пов'язанi з переносом i змiною масштабiв магнiтних полiв (турбулентний дiамагнетизм, ∇ρ-ефект i iн.).…”

Section: турбулентна конвекцIя на сонцIunclassified

Double maxima of 11-year solar cycles

2015

AstSR

Астрономiчна обсерваторiя Київського нацiонального унiверситету iменi Тараса Шевченка Запропоновано сценарiй пояснення спостереженого явища подвiйних максимумiв 11-рiчних циклiв сонячних плям, в якому беруть участь п'ять процесiв перебудови магнетизму в сонячнiй конвективнiй зонi (СКЗ): Ω-ефект, магнiтна плавучiсть, макроскопiчний турбулентний дiамагнетизм, ротацiйний ∇ρ-ефект i меридiональна циркуляцiя. Встановлено, що перебудова магнетизму у високоширотному i приекваторiальному доменах СКЗ вiдбувається у вiдмiнних режимах. Ключову роль у розробленому механiзмовi вiдiграють двi зсунутi в часi хвилi тороїдального поля до сонячної поверхнi в приекваторiальному доменi. ДВОЙНЫЕ МАКСИМУМЫ СОЛНЕЧНЫХ ЦИКЛОВ, Криводубский В.Н.-Предложен сценарий объяснения наблюдаемого явления двойных максимумов 11-летних циклов солнечных пятен, в котором принимают участие пять процессов перестройки магнетизма в солнечной конвективной зоне (СКЗ): Ω-эффект, магнитная плавучесть, макроскопический турбулентный диамагнетизм, ротационный ∇ρ-эффект и меридиональная циркуляция. Установлено, что перестройка магнетизма в высокоширотных и приэкваториальном доменах СКЗ происходит в различных режимах. Ключевую роль в разработанном механизме играют две сдвинутые во времени волны тороидального поля к солнечной поверхности в приэкваториальном домене. DOUBLE MAXIMA OF 11-YEAR SOLAR CYCLES, by Krivodubskij V.N.-The explanation of the observed phenomenon of double peaks of the 11 year sunspot cycles is proposed. The scenario involves five processes of reconstruction of magnetism in the solar convective zone (SCZ): Ω effect, magnetic buoyancy, macroscopic turbulent diamagnetism, rotary ∇ρ effect and meridional circulation. It was established that the reconstruction of magnetism in high-latitude and equatorial domains of the SCZ occurs in different modes. Two time-shifted waves of the toroidal field to the solar surface play a key role in the proposed mechanism in the equatorial domain. Ключевые слова: солнечная активность; солнечные пятна; 11-летние циклы; магнитные поля; турбулентность; динамо-модель солнечного цикла; турбулентная перестройка магнетизма.

“…ISSN 1728-273х АСТРОНОМІЯ. 2(60)/2019 ~ 23 ~ нітного поля Сонця, проведених у межах теорії макроскопічної магнітогідродинаміки (МГД) на основі моделі турбулентного динамо з урахуванням останніх даних геліосейсмологічних експериментів про внутрішнє обертання Сонця.…”

unclassified

“…нижче наші розрахунки). Установлено [9][10][11][12]14], що величина квенчінг-функції Ψα(βS) поблизу дна СКЗ становить близько 0,3 ÷ 0,4, у результаті чого магнітне пригнічення веде до зменшення від'ємного значення параметра спіральності до величини α(βS) = α0 Ψα(βS) ≈ -3⋅10 3 см/с. Зменшення величини параметра спіральності сприяє подовженню розрахованого періоду динамо-циклу (див.…”

unclassified

“…Нами проведено розрахунки для двох моделей СКЗ, які показали, що у глибинних шарах існують сприятливі умови для збудження ефекту спіральної негативної турбулентної дифузії [23]. У припущенні, що час існування спіральних структур збігається за величиною із часом життя конвективних комірок, було знайдено, що розраховані значення коефіцієнта спіральної негативної магнітної турбулентної дифузії досягають 2/3 величини коефіцієнта додатної турбулентної дифузії.…”

unclassified

See 1 more Smart Citation

Study of magnetism cyclicity of the Sun in the framework of the macroscopic magnetohydrodynamics theory

2019

BTSNUA

Since the mid-70s of the last century, a new direction in theoretical studies of the evolution of the global magnetism of the Sun in the framework of macroscopic MHD has been launched at the Astronomical Observatory of the Taras Shevchenko National University of Kyiv. The paper presents the results of a study of the processes of generation and restructuring of a large-scale (global) magnetic field based on the αΩ-dynamo model, taking into account new turbulent effects discovered in the theory of macroscopic MHD and data of helioseismological experiments on the internal rotation of the Sun. It was established that a sharp radial gradient of turbulent velocity in the lower half of the solar convective zone (SCZ) leads to a change in the sign of the azimuthal component of the helicity parameter α, resulting in the formation of a relatively thin layer of negative α-effect near the bottom of the SCZ. It was found that the layer of negative α-effect, together with the sign of the radial gradient of the angular velocity, detected in helioseismological experiments, makes it possible to explain the direction of migration of dynamo-waves on the solar surface. The magnetic saturation of the α-effect (alpha-quenching) in the deep layers of the SCZ was calculated. An explanation of the protracted duration of the 23rd solar cycle of about 13 years is proposed. For this, we used the observed data on a significant increase of the annual module of the magnetic fields of sunspots in the 23rd cycle. The calculated north-south asymmetry of the structure of the global magnetic field provides an opportunity to explain the phenomenon of the seeming magnetic “monopole”, which is observed during reversal of polar magnetism. It was found that the values of turbulent electrical conductivity and turbulent magnetic permeability of the solar plasma are significantly less than the corresponding gas-kinetic parameters. Therefore, the turbulent dissipation of solar magnetic fields is enhanced by 4–9 orders of magnitude compared with classical ohmic dissipation. Macroscopic turbulent diamagnetism of solar plasma was investigated. It has been found that in the lower part of the SCZ, turbulent diamagnetism acts against magnetic buoyancy, thus fulfilling the role of “negative magnetic buoyancy”. As a result of the balance of the effects of magnetic buoyancy and turbulent diamagnetism, a layer of blocked magnetic field of magnitude ≈ 3000 G is formed in the depths of the SCZ. The turbulent advection of a magnetic field in an inhomogeneous plasma density of the SCZ was studied. It was found that in the lower half of the SCZ of the equatorial domain, turbulent advection is directed upwards. As a result of the combined action of magnetic buoyancy and turbulent advection, deep strong toroidal fields are carried to the surface of the Sun in the latitudinal “royal zone” of sunspots. The role of horizontal turbulent diamagnetism in ensuring the long-term stability of sunspots was noted. To explain the observed phenomenon of double maxima of the solar spot cycle, a scenario was developed containing the generation of a magnetic field in the tachocline at the bottom of the SCZ and subsequent removal of this magnetic field from the depth layers to the surface in the latitudinal “royal zone”. The role of the radial omega-effect in the radiant zone in explaining the observed asymmetry in the amplitude of two neighbouring 11-years sunspot cycles was noted.