多种太阳磁场构型中的涡旋动力学

我们利用综合辐射磁流体动力学（MHD）代码MURaM的三维真实模拟，研究了三种磁区——宁静太阳（Quiet Sun）、弱谱斑（Weak Plage）和强谱斑（Strong Plage）——中的涡旋动力学。我们发现，尽管产生涡旋的光球湍流在所有三个区域中具有相似的剖面，但涡旋的空间范围和空间分布因配置不同而异。我们研究了动能旋涡强度和磁旋涡强度，发现它们与阿尔文波传播一致。利用磁通量管膨胀模型和线性磁流体动力学（MHD）波理论，我们发现在色球层高度上，动能旋涡强度偏离理论预期值的程度在强谱斑中最高，在弱谱斑中最低，在宁静太阳中居中。这表明弱谱斑是色球层涡旋最有利于形成的区域，尽管其空间范围小于宁静太阳。我们还推测，强谱斑中单根磁通量管内的涡旋相互作用会导致从大涡到小涡的能量级联，从而进一步导致其动能旋涡强度远低于其他区域。1 Mm高度处水平磁场的傅里叶谱也显示出强谱斑中从大尺度到小尺度的陡峭级联。这些发现表明，涡旋诱导的扭转阿尔文波有可能在较弱磁场区域（如宁静太阳）的高层大气中无阻尼传播，而在强磁化区域（如强谱斑）中，涡旋会导致窄磁通量管内的相互作用、耗散和加热。