原行星盘中垂直剪切不稳定的夹层模式

湍流对原行星盘（PPDs）中气体与尘埃的演化有深远影响，从驱动尘埃颗粒的碰撞与扩散，到巨涡中鹅卵石的聚集，从而促进星子形成。垂直剪切不稳定（VSI）是一种流体力学机制，若局部热弛豫速率足够高，便在 PPDs 中运作。然而，先前对 VSI 的研究依赖于恒定冷却速率的假设，或忽略了气体粒子与尘埃颗粒之间有限的耦合时间。此处，我们展示使用 PLUTO 代码对 PPDs 进行流体力学模拟的结果，其中包含更真实的热弛豫描述，使我们能在考虑热尘埃-气体耦合的情况下，研究盘的光学厚与光学薄部分的 VSI。我们在二维与三维模拟中表明，VSI 即便在 PPDs 光学厚的内区也能引发湍流。上层大气中尘埃与气体粒子的碰撞退耦及相应低效的热弛豫速率导致 VSI 湍流的阻尼。长寿命反气旋涡在我们的三维模拟中形成。这些结构从 VSI 活跃层的湍流中浮现，持续数百个轨道，并垂直延伸至整个湍流区域。我们得出结论：VSI 在距盘中线 $\pm$3 个压力标高距离内导致湍流并形成长寿命尘埃陷阱。