Виникнення великомасштабних магнiто-вихрових структур дрiбномасштабною спiральнiстю в стратифiкованiй замагнiченiй плазмi
Анотація
постiйним градiєнтом температури пiд дiєю однорiдної сили тяжiння та вертикального магнiтного поля. Аналiз проводиться у межах електронної магнитогидродинамики (ЕМГД) з урахуванням термомагнiтних ефектiв. Отримано нову великомасштабну нестiйкiсть типу α-ефекту, що сприяє генерацiї великомасштабних вихрових i магнiтних полiв. Ця нестiйкiсть виникає внаслiдок спiльної дiї зовнiшнього однорiдного магнiтного поля, орiєнтованого перпендикулярно до плазмового шару, i мало-
масштабної спiральної сили. Зовнiшня сила моделюється як джерело дрiбномасштабних коливань у полi швидкостi електронiв, що характеризується малим числом Рейнольдса (R<<1). Наявнiсть малого параметра у системi дозволяє застосувати метод багатомасштабних асимптотичних розкладiв. У третьому порядку за кiлькiстю Рейнольдса отримано систему нелiнiйних рiвнянь, що описують еволюцiю великомасштабних вихрових та магнiтних збурень. Обговорюється також новий ефект, пов’язаний iз впливом термосили (ефект Нернста) на великомасштабну нестiйкiсть. Показано, що збiльшення параметра Нернста зменшує коефiцiєнт α i тим самим пригнiчує розвиток великомасштабної нестiйкостi. За допомогою чисельного аналiзу отримано стацiонарнi рiшення рiвнянь вихрового та магнiтного динамо у виглядi локалiзованих структур спiрального типу.
Завантаження
Посилання
G. Moffatt, Magnetic Field Generation in Electrically Conducting Fluids, (Cambridge University Press, Cambridge, 1978).
F. Krauze, and K.H. R¨adler, Mean-field Magnetohydrodynamics and Dynamo Theory, (Pergamon Press, Oxford, 1980).
Ya. Zeldovich, A. Ruzmaikin, and D. Sokoloff, Magnetic Fields in Astrophysics, (Gordon and Breach, New York, 1983).
A. Tur, and V. Yanovsky, Coherent Vortex Structures in Fluids and Plasmas, (Springer, New York, 2017).
F. Rincon, ”Dynamo theories,— J. Plasma Phys. 85, 205850401 (2019). https://doi.org/10.1017/S0022377819000539
S.M. Tobias, ”The turbulent dynamo,” J. Fluid Mech. 912, P1 (2021). https://doi.org/10.1017/jfm.2020.1076
V. Urpin, ”Nernst effect and generation of magnetic field in radiation-heated plasma,” Plasma Phys. Rep. 45, 366–371 (2019). https://doi.org/10.1134/S1063780X19030103
V. Urpin, ”Thermal generation of the magnetic field in the surface layers of massive stars,” Mon. Not. R. Astron. Soc. 472, L5–L9 (2017). https://doi.org/10.1093/mnrasl/slx127
M.I. Kopp, A.V. Tur, and V.V. Yanovsky, ”Spontaneous generation of magnetic fields in thin layers of stratified plasma,” Phys. Plasmas, 29, 042115 (2022). https://doi.org/10.1063/5.0087543
A. Schluter, and L. Biermann, ”Uber den Ursprung der Magnetfelder auf Sternen und im interstellaren Raum,” Z. Naturforsch. A, 5, 65 (1950). https://doi.org/10.1515/zna-1950-0201
M.I. Kopp, and V.V. Yanovsky, ”Features of generation of spontaneous magnetic fields in fully ionized plasma,” Probl. At. Sci. Technol. 154(6), 25–30 (2024).
V.P. Lakhin, and T.J. Schep, ”On the generation of mean fields by small-scale electron magnetohydrodynamic turbulence,” Phys. Plasmas, 11, 1424–1439 (2004). https://doi.org/10.1063/1.1645275
U. Frisch, Z.S. She, and P.L. Sulem, ”Large scale flow driven by the anisotropic kinetic alpha effect,” Physica D, 28, 382–392 (1987). https://doi.org/10.1016/0167-2789(87)90026-1
P.L. Sulem, Z.S. She, H. Scholl, and U. Frisch, ”Generation of large-scale structures in three-dimensional flow lacking parityinvariance,” J. Fluid Mech. 205, 341–358 (1989). https://doi.org/10.1017/S0022112089002086
B. Dubrulle, and U. Frisch, ”Eddy viscosity of parity-invariant flow,” Phys. Rev. A, 43, 5355–5364 (1991). https://doi.org/10.1103/PhysRevA.43.5355
M.I. Kopp, and V.V. Yanovsky, ”Vortex Dynamo in Rotating Media,” East Eur. J. Phys. (2), 7–50 (2023). https://doi.org/10.26565/2312-4334-2023-2-01
M.I. Kopp, A.V. Tur, and V.V. Yanovsky, ”Large-scale convective instability in an electroconducting medium with small-scale helicity,” JETP, 120(4), 733–750 (2015). https://doi.org/10.1134/S1063776115040081
M.I. Kopp, A.V. Tur, and V.V. Yanovsky, ”Nonlinear Dynamo,” arXiv:1612.08860v1 [astro-ph.EP] (2016). https://arxiv.org/abs/1612.08860v1
P.N. Brandt, G.B. Scharmer, S. Ferguson, R.A. Shine, T.D. Tarbell, and A.M. Title, ”Vortex flow in the solar photosphere,” Nature, 335, 238–240 (1988). https://doi.org/10.1038/335238a0
M.I. Kopp, and V.V. Yanovsky, ”Generation of large-scale magnetic-vortex structures in stratified magnetized plasma by a small-scale force,” Phys. Plasmas, 31, 082301 (2024). https://doi.org/10.1063/5.0214000
S.I. Braginskii, ”Transport processes in plasma,” in: Reviews of Plasma Physics, Vol. 1, edited by M.A. Leontovich, (Consultants Bureau, New York, 1965), pp. 205-311.
G.Z. Gershuni, and E.M. Zhukhovitskii, Convective Stability of Incompressible Fluids, (Keter Publishing House, Jerusalem, 1976).
Авторське право (c) 2025 М.Й. Копп, В.В. Яновський
Цю роботу ліцензовано за Міжнародня ліцензія Creative Commons Attribution 4.0.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
