关于太阳黑子的（不）稳定性

太阳黑子的稳定性是太阳磁学领域中一个长期未解的谜题。我们研究了在上对流区中使模拟太阳黑子的磁通管失稳与稳定的各种效应。分析了波纹不稳定性、浮力以及时间尺度随深度变化对磁通管的影响。该模拟使用 MURaM 代码计算。计算域横向延展为 98 Mm x 98 Mm，并向下延伸至太阳表面以下近 18 Mm。所分析的 30 小时数据集显示太阳表面存在一个稳定的太阳黑子。我们通过周长与面积的相对变化并结合线性稳定性分析，研究了磁通管在各水平层上的演化。我们发现沿磁通管周长出现波纹状起伏，其在表面以下约 8 Mm 深度处推进最快。朝向表面及更深层，紧密度的下降受到抑制。由稳定性分析可知，在 2 Mm 深度以上，太阳黑子受浮力作用而稳定。该黑子在约 3 Mm 深度处因波纹不稳定性而最不稳定。表面处太阳黑子的稳定性通过磁张力影响更深层的场线行为。因此波纹不稳定性在约 3 Mm 深度处受到阻尼，而紧密度的下降在约 8 Mm 深度处最为显著。磁场更趋垂直的方向以及更长的对流时间尺度减缓了深于 10 Mm 各层中的波纹过程。表面以下无场等离子体的大规模侵入使太阳黑子失稳，并最终导致其瓦解与衰减。这一过程在表面不可见，因为表面处的太阳黑子受浮力而稳定。太阳黑子衰减的起始发生于更深层，而此时光球层中的黑子仍表现为稳定。