关于日常太阳大尺度输运与水平湍流扩散的观测特征

太阳是一颗磁性恒星，唯一一个具有空间时间分辨率的天体物理学中显示湍流磁流体力学热对流的系统。这使得它成为研究极端条件下流体湍流及其与磁场相互作用的受欢迎的对象。对NASA日落太阳观测部门提供的高分辨率太阳观测的全球性分析可为阐明支撑日力学周期等大尺度涌现现象背后的物理过程提供线索。将基于光度数据构建的光面流动的连贯结构跟踪重构与这些流动所携带的虚拟被动轨迹的统计分析相结合，我们对其中最重要的过程之一——湍流扩散进行特征化，监测时间跨度 unprecedentedly长达6个连续日子。我们首先确认，并提供了涌现于整个表面上的一种显著动力学模式的全球视图——Lagrangian共同构造结构（Lagrangian Coherent Structures, LCS）。这些结构在超颗粒尺度和空间上起到积聚粒子和磁场的瞬时作用，从而调节大尺度湍流表面扩散。我们进一步使用两种不同方法对湍流输运过程进行统计特征化，得到在探测到的最长时间尺度上有效的水平湍流扩散系数$D=2-3\times10^8~\mathrm{m}^2~\mathrm{s}^{-1}$。该估计值与大尺度平均场太阳 dynamo 模型中所需的输运系数一致，与全球性模拟结果也大体一致。我们的分析可能还暗示了日面-冠层-太阳风动力学之间的联系，为表征其他不可解析的天体物理系统中的湍流输运提供了宝贵的经验教训。