吸积盘的全局模拟 I：收敛性及与局域模型的比较

基于网格的磁流体动力学（MHD）模拟已被证明对天体物理吸积盘的研究具有无可估量的价值。然而，盘中角动量输运由MHD湍流（其结构小至非常小的尺度）介导这一事实，引发了这样的担忧：所模拟吸积盘的性质受到模拟有限数值分辨率的影响。通过在柱坐标系下的Athena代码中实现轨道平流算法，我们进行了一组全局（但未分层）的牛顿盘模拟，其分辨率达到了此前无法企及的程度。我们研究了这些模型作为空间分辨率和初始磁场几何函数的收敛性。通常的粘滞参数（α）或热压与磁压之比（β）被发现是较差的收敛性诊断指标，而磁场在(r,φ)平面内的平均倾斜角则是一个非常好的收敛性诊断指标。我们认为这与MHD湍流通过磁转动不稳定性的寄生模式达到饱和有关。即使在净磁通为零的情况下，我们得出结论：我们最高分辨率的模拟（每个垂直标高32个和64个网格区）已经达到了收敛。我们的全局模拟达到了与局域剪切盒MHD盘湍流模型所用分辨率相当的水平。我们发现，从局域模拟导出的饱和预测因子与我们全局模拟中发现的局域通量与应力之间的瞬时相关性吻合良好。然而，局域模型中隐含的磁通量守恒在我们的全局盘中并未实现。因此，吸积盘的磁连通性代表了真正全局性的物理，无法在任何第一性原理的局域模型中捕捉。