差转恒星与行星对流区中潮汐惯性波与纬向流的复杂相互作用 I. 自由波

量化密近双星系统中的潮汐相互作用极为重要，因其对天体结构与自转历史有关键影响。多项研究表明，任一体内潮汐耗散对其结构和动力学（如类太阳恒星与巨气态行星外层对流包层中的差转）非常敏感。特别地，潮汐波可能在所谓的共转共振处与纬向流强烈相互作用，此处波的多普勒频移频率抵消。我们旨在深入理解典型低质量恒星与巨行星差转剖面下，共转共振处潮汐惯性波的动力学。通过发展倾斜剪切盒，我们研究了自由惯性波在共转处及更一般的临界层（控制波微分方程中的奇点）处的传播与透射。通过构造称为波作用通量的不变量，我们识别了临界层处波透射的不同 regime，并由一维三层数值模型证实。我们发现惯性波在穿越临界层后可被完全透射、强烈阻尼甚至放大。这些 regime 的出现取决于所假设的差转剖面、临界层的性质与纬度，以及惯性频率与经向和垂向波数等波参数。因此，波在临界层阻尼时可将作用通量沉积于流体，或在临界层放大时从流体提取作用通量。两种情况均可能导致潮汐相互作用天体间显著的角动量交换。