径向全局原行星盘中的对流过稳定性 I —— 纯气体动力学

原行星盘容易产生多种流体动力学不稳定性。对流过稳定性（COS）是其中一种候选机制，它可以驱动径向半对流，从而可能影响尘埃动力学和星子形成。然而，COS 主要在局部模型中被研究。本文研究了径向全局盘模型中盘面附近的 COS。我们首先进行了全局线性稳定性分析，表明线性 COS 模式仅存在于其 Lindblad 共振（LR）的径向内侧。增长最快的模式其 LR 靠近内径向区域边界，有效径向波长可达盘半径的相当一部分。然后我们进行了轴对称全局模拟，发现 COS 的非线性饱和与先前不可压缩剪切盒模拟相似。特别是，我们观察到在足够陡的径向熵梯度下持续带状流和电梯流的产生。在完整 3D 非轴对称全局模拟中，我们发现 COS 产生了大尺度、长寿命的涡旋，这些涡旋通过激发螺旋密度波引起角动量的向外径向传输。相应的 $\alpha$ 粘度值约为 $10^{-3}$，与先前 3D 可压缩剪切盒模拟中发现的值吻合良好。然而，在全局盘中，我们发现了其径向结构的显著改变，包括压力凸起的形成。有趣的是，COS 通常产生向外的径向质量传输，即吸积外流。我们简要讨论了我们的结果对星子形成以及解释原行星盘中观测到的尘埃环和不对称性的可能意义。