太阳对流的地震探测

我们的太阳主要由电离氢和氦组成，表面温度为 5777 K，半径 $R_\odot \approx 696,000$ km。在外层 $R_\odot/3$ 区域，能量传输主要通过 convection（对流）完成。采用典型的对流速度 $u\sim100\,\rm{m\,s^{-1}}$ 和量级为 $10^{-4}$ m$^{2}$s$^{-1}$ 的运动粘度，我们得到雷诺数 $Re \sim 10^{14}$。因此对流是湍流的，激发了广泛尺度的运动。对流流体的普朗特数 $Pr$ 非常低，量级为 $10^{-7}$\,--\,$10^{-4}$，使得瑞利数（$\sim Re^2 Pr$）达到 $10^{21}\,-\,10^{24}$ 的量级。因此，太阳对流处于动力学参数的特殊区域，与地球上的流体流动极不典型。太阳中的对流过程驱动全局流体环流和磁场，进而影响其可见外层（“太阳活动”）以及更广泛的日球层（“空间天气”）。精确测定太阳对流区的深度、温度梯度对绝热性的偏离，以及作为纬度和深度函数的内部自转速率，是日震学在理解太阳对流方面的开创性贡献之一。当代日震学专注于推断三维对流特征的性质，表明传输速度远小于理论预测。此外，日震学为控制太阳对流区全局动力学的各向异性雷诺应力提供了重要约束。本综述讨论了我们目前对太阳对流的理解状态，重点在于日震学诊断。我们在阐述时兼顾了流体动力学家的兴趣。