高有效普朗特数对太阳较差自转与对流速度的影响

观测表明，太阳对流模拟所获得的大尺度对流速度可能被高估（对流难题）。一个可能的解决方案是小尺度发电机，而全局模拟尚无法完全分辨它。小尺度洛伦兹力抑制对流运动以及上升流与下降流之间的熵湍流混合，导致较大的有效普朗特数（$\Pr$）。我们在不同热导率（$\kappa$）即不同 $\Pr$ 下，通过三维全局旋转对流模拟来探究这一想法。与先前非旋转模拟一致，只要热导通量可忽略，对流速度随 $\Pr$ 增大而减小。在低-$\kappa$ 模拟中，由于低熵羽流的持续沉积，在对流区底部形成亚绝热层。我们低-$\kappa$ 模拟最有趣的结果是，对流运动伴随着对流结构的变化，且越来越受小尺度羽流影响。这些羽流倾向于径向向内输运角动量，从而建立反太阳式的较差自转，与太阳自转剖面形成鲜明对比。若太阳中存在由辐射表面冷却驱动的此类低扩散羽流，则我们的结果对“高有效 $\Pr$ 可能是太阳对流难题的可行解”这一观点提出质疑。我们的研究还强调，任何依赖于下降羽流解决该难题的方案都必须同时考虑角动量输运与热量输运。