热力学分层原始行星盘中的垂直剪切不稳定性：II. 流体动力学模拟与可观测性

我们进行三维流体动力学模拟，以探讨垂直剪切不稳定性（VSI）在原始行星盘中的非线性结果及可观测性。我们的模型包括垂直等温和热力学分层的盘，后者代表具有实际条件的盘，即中平面上方有更热的大气。我们发现，由于剪切增强，热力学分层盘中的 VSI 生长更快且更强，导致湍流程度更高。在饱和状态下，湍流应力达到 $\alpha_{R\phi}\gtrsim 10^{-3}$，显著高于等温情况的多个数量级。饱和湍流在盘表面处的表现更为显著，而在中平面则较弱。在合成的速度残差图上（即减去开普勒旋转速度），由 VSI 驱动的扰动在等温盘中表现为轴向对称的环，在热力学分层盘中表现为环段。后者在盘倾角达到 $45^\circ$ 时仍可被观测到。这些残差速度的�幅在 $20^\circ$ 倾角下范围从 $\sim 50$ 到 $\sim 100$ $\mathrm{m\ s}^{-1}$，数值越大对应热力学分层越强。观测到的速度残差随所用探测线的光学厚度而增大，因为浓度较厚的线探测到盘表面附近的区域。