太阳能字段映射和发电机的行为

文摘

我们讨论的重要性,太阳的大规模磁场Sun-Planetary环境。摘要缩小其专注的运动和演化photospheric大规模磁场影响在这个地区许多环境中。为此,我们利用一个新开发的Netlogo细胞自动机模型。这个算法模型的域是太阳的光球。在这个计算空间放置两种类型的实体或代理商;你可以称他们为蓝知更鸟和红衣主教;前携带外磁通,后者执行内部磁通。他们可能只是调用一个蓝色和红色特工。代理提供一个粒度与离散变化没有出现在光滑的磁流体动力模型;他们经历三个过程:出生、photospheric域内运动,和死亡。 We discuss these processes, as well as how we are able to develop a model that restricts its domain to the photosphere and allows the deeper layers to be considered only through boundary conditions. We show the model’s ability to mimic a number of photospheric magnetic phenomena: the solar cycle (11-year) oscillations, the Waldmeier effect, unipolar magnetic regions (e.g. sectors and coronal holes), Maunder minima, and the march/rush to the poles involving the geometry of magnetic field reversals. We also discuss why the Sun sometimes appears as a magnetic monopole, which of course requires no alteration of Maxwell’s equations.

1。介绍

Magnetohydrodynamical Sun-Planet系统内(磁流体动力)建模困难重重,由于巨大的动力系统内环境的多样性受到太阳的辐射和微粒排放的影响。这可能很好理解,当一个人认为所发生的环境变化在整个太阳系内不同气体和等离子体。从明星的热密度室内低β等离子体在遥远的星际政权,密度变化值超过太阳的中心只是少数在附近的太阳风,地球的磁气圈之外。许多不同的系统嵌入到太阳能日光层受到变更的影响发生在太阳的光球层由于辐射传输和微粒及其相关太阳活动磁响应控制。等方面被称为“太空天气,“当太阳活动的影响我们的地球环境。由于太阳活动的变化,有时超过100%,起源于太阳的外层,相对在光球层(例如,色球层和日冕),这些引人注目的和惊人的变化弥漫的日球层。本文的目的是提供和说明一个新工具的实用性,可以帮助跟踪photospheric磁场的变化,一旦信息提供新的活跃区(新photospheric磁场的来源),泡沫从下面,光球层。因此,探讨一种新的工具,可以预测photospheric“天气”通过计算时间太阳的巨大磁场结构的变化。获得牵引的无数整个太阳内部的复杂性,一个完整的治疗似乎需要,我们采用一种新颖的方法,降低了复杂性,主要关注photospheric表面。这种方法似乎工作。我们将讨论为什么这减少的域模型是允许的,以及它是如何运作的。我们也解释photospheric映射模型计算photospheric场变化。 We shall also show that this model appears to work as we observe its ability to calculate many known photospheric field behaviors.

获得一个升值的运作模型,让我们首先考虑这种类型的简单模型的工作原理。我们的特定模型将使用的计算太阳表面的磁场运动,光球层,给定一个完整描述现有的磁场在特定的时间,和任何更改与新领域引入到光球层有关。这相当于一个马尔可夫过程。即知道时刻系统的状态,,然后在时间计算系统状态。因此我们轮廓的方法是一种进化模型,即如何量(光球层的磁场)的发展。更简单的一维情况,你可能认为这是一种“弹道轨迹模式”,即如何在弹道炮壳移动轨迹。这是通过的变化,,组件的位置和如何影响这些其当前状态:知道它的位置,速度,和重力场它发现在其本地环境。这说明了简单模型可能的行为。

有趣的是,当前的方法,观察到的行为的太阳能磁性更天气怎么样表现出混乱他们的行为。也就是说,随后的行为有“非线性相互作用。“例如,运动领域的元素会导致它们的光球层的去除。这发生在我们的模型中当两个相反的元素”碰撞。“无关紧要的模式,是否碰撞结果在下面的字段被光球层,或者说被驱逐到太阳风。他们只是从我们的模型的域消失,光球层。我们称之为领域实体之间的碰撞过程,死亡,作为一个简单的描述符时发生相反的信号场代理太靠近对方。这种非线性过程的结果是简单的理解为谁扮演池或台球。近失弹两个球导致完全不同的行为而粗略的罢工。小偏差模型是超敏感的初始条件。 This results in a “state trajectory” being highly sensitive to initial conditions, as in weather systems. We discuss a number of recurrent patterns of field structures in our model that appear similar to field structures observed by many solar physicists. The most famous of these patterns is the 11-year solar cycle. Other familiar patterns such as unipolar magnetic regions (UMRs, [1)进行了讨论。

除了作为最好的观测太阳磁场的来源,这并非巧合发生了太阳的光球层辐射99 + %的太阳能量进入太空。这使得photospheric表面最重要的太阳能结构在给定的时间,而且我们的太阳能的知识结构是最好的“,”或“绑住。“这既是物理源太阳能和星际现象,加上一个星际环境中的事件知识的来源。因此也就不足为奇了,可以使用photospheric观察字段作为实体来修复我们的模型的边界条件。可能只是一个称之为“务实。“因此,本文中的模型集中于理解在这种独特的表面磁场的运动,太阳的光球。

光球层是完全不同于我们更熟悉陆地表面,如海洋表面。photospheric边界不明确的规模或锋利的通过一个重要的高度,在它的属性变化。这使它不到一个真正的数学边界,其中一个,例如,发现空间干净地一分为二,例如,位于一个平面。最正确的功能我们都很熟悉,在地球上,它的属性是一个云,由于其表面属性逐渐改变,或有深度。太阳的光球,通常一个发现属性变化对天平刻度高度~ 100公里附近。看似大,这个距离是足够小(一百万分之一)与来观察太阳-地球距离相比,太阳显示磁盘当它出现在天空。也大幅:大约每10000人相比之下,一部分太阳的半径。这种清晰度允许一个考虑光球层2 d表面,而不是3 d体积。

另一个令人惊讶的功能显著的外边界的太阳,是它的压力明显比我们更熟悉1小酒吧,或1000 milli-bars大气压力。光球层的密度类似于地球的电离层。震惊,所以薄层允许光球将其颗粒对流流量转换成辐射电磁流量,这样,几乎所有的能量通量辐射自由进入太空。这种转变更加引人注目,因为所涉及的奇妙的能量流感:主要有两个方面,允许这个变换:巨大的紊流速度,几公里/秒,声速附近的巨大光球层的严重性,~ 27 x地球。这些属性导致一个巨大的光球层内原子碰撞频率和产量的小刻度高度光球层产生一把锋利的边界。正是这种尖锐的边界,允许我们的模型在太阳的工作相对尖锐的2 d层,而不是依赖太阳内部的三维体积。考虑到这些方面,提升在光球层的高度,你会发现一个急剧变化到其他层:色球层和日冕,只有微量的能源的逃脱,太阳风和外在空间,和他人内心回太阳。

photospheric磁场,在作者看来,为太阳提供了以下几点:(1)一定的粒度,使太阳的能力提供变化尺度比造粒和supergranulation模式看到广阔的,(2)当字段集中成小结构,如斑点、毛孔,或晶间车道,它会打开“渠道”形式允许冷下降气流形成太阳内部,来自光球层底部的对流区。这些方面提供了动力开发我们的2 d算法通过细胞自动机不同的实体提供一个粒度或粗糙在光球磁场运动。太阳本身,而不是我们的模型,它是磁场嵌在光球层的不同属性。正如伟大的太阳物理学家罗伯特·雷顿经常说:“如果太阳没有磁场,就像大多数天文学家认为它是无趣的一颗星。“在没有太阳磁场的情况下,我们观察到几乎没有半永久的大,空间变化几何结构产生明显变化。我们可以澄清使用粒度对流层内指向它的一些影响。如果一个人住在一个大气主要由热扩散,人们会发现,例如,逐步从热到冷的温度变化,反之亦然,而不是更熟悉的天气模式,其中一个发现高度混乱(地球物理意义上的,即大规模的模式和小规模随机变化),大规模的模式具有独特的名称,例如哈德利细胞循环,飓风/台风,压力方面,斜压不稳定,龙卷风等等。因此我们发现了一些持久性的大气温度一天比一天在任何位置,我们称之为粗糙。即不简单地融入分子扩散模式,而是对更大尺度的动作和模式。这种行为是典型的动荡。湍流理论最初开发太阳能和恒星内部结构通过混合长度理论(MLT),然后演变成一般由气象学家对流层的使用。 This theory has since been surpassed by more exact methods, which handle structures using computerized methodologies.

回到太阳,没有磁场,上升气流和向下流太阳的对流区确实提供了一个微小的程度的粒度在其表面。这些给太阳表面的一个模糊相似性橙皮,见白光从地球。然而,总的来说,太阳表面,在没有磁场的情况下,会像一个完全荒凉,无暇疵的沙漠,雷顿描述而不是一个更有趣的地形。太阳在小尺度上的有趣的地形,然而,被罗伯特·霍华德,他形容太阳表面时,在威尔逊山,视为“一罐蠕虫。“这小规模描述准确地描绘了动荡的环境中找到太阳的表面,由于翻滚对流需要补给其表面的能量辐射自由进入太空。有人可能会认为这非常浪费,除了我们欠我们的存在这个宏大的慷慨。

因此,光球层主要有其结构不同性质与嵌入的磁场。太阳磁场进行整个光球层,不只是消失在太阳黑子的边界和光斑。磁场零无处不在,除了在无限小的界限。因此,大型零结构的主要主题。这些光球磁场运输从他们的起源,作为新的特性,往往大大显示太阳黑子或光斑,然后前往他们的灭亡,残余结构,几乎没有可辨别的,因为他们融入动荡的光球层的背景噪音吗?

在对流区,混合是如此有效,没有磁性提供的通道,没有明显的分别,将开发空间变化特性。因为气体在光球层实际上是在当地的热力学平衡(LTE),除了小动荡的差异服务运输能量,使用LTE的萨哈方程,以及化学成分,所以可以唯一确定的转换压力,温度、密度、和电离水平确定各种比例内气体和电离状态和太阳表面以下。因此,它是雷顿描述,没有磁场,太阳会乏味很多明星比。太阳天气预报,在没有磁场的情况下,总是由以下组成:热今天,热明天再;随后是一样的。

在缺乏helioseismological观察,我们主要是只会看到太阳表面。所以,它就在那里,在水面上,有趣的太阳的色球层和日冕,现象出现,通常与太阳表面磁场有关。尽管磁流体动力作用在实验室里,一个不需要考虑能源运输在大尺度气象方程的适用性,为向下流经历绝热加热,但由于其超绝热的环境,保持相对凉爽,太阳和上升气流运输大量的能量;因此这种效应被放置在恒星能量传输方程。因为兴趣和太阳磁场的重要性在整个Sun-Planetary系统,本文将集中精力了解太阳的巨大磁场。

因为气体在光球层变薄的,许多快速,然而巨大的变化发生在薄photospheric层。时间和空间变化> 100%是在耀斑和日冕物质抛射。除了影响等离子体的多数,他们也问题的尾端出粒子分布函数;低能量太阳系太阳宇宙射线横扫而磁场由等离子体粒子扫内日球层从传入的银河宇宙射线。因此各种各样的“太空天气”效应感到在许多Sun-Planetary系统。因此本文的其余部分主要是在磁场中发生了什么,表层的太阳,光球层。太阳的表面附近,身体条件有很大区别。复杂的磁场相互作用,等离子体,和辐射发生,导致许多壮观的和复杂的现象,如爆发日珥,太阳黑子,和许多相关的活动影响耀斑太阳风和高能粒子排放,很难理解,但是一个奇迹。光球层是该地区在天文学上的太阳光线散发。这种情况大约接近光学深度。因此,光球是最严重的地区,可以看到,和上面可见辐射变得透明。因此,它主要是在这独特的层光学辐射离开太阳,开始它的旅程到深处的空间。下面这一层,对流运输中最重要的能源,和上面,辐射传输盛行。

许多属性的太阳大规模磁场可能相当全面审查中发现的论文(1]。本文将讨论时间这些大规模太阳磁场的变化。我们将比较结果从当前模型允许将字段的变化映射,基于流和磁场的相互作用(通过代理生成在计算领域描述为“基于主体建模”)相互进步在太阳的表面。算法过程领域代理Netlogo写在我们的模型中,基于个体细胞自动机(CA)的语言。使用领域实体,由不同的细胞自动机,似乎更合适当物理实体的行为在一个高度非线性的方式而不是一个线性系统。许多问题经常发生,当一个人试图与微分方程模型高度非线性现象。影响等混乱发生,和/或当边界条件变得难以处理,在动荡,在影响发生在表面的薄层,这可能影响整个解决方案。一个只有目睹了一个温柔的流变成湍急的河流突然当几英寸的降雨,认识到的重要性和无处不在的本质非线性现象。

元胞自动机模型,然而,已经能够在某些领域取得进展的非线性现象从森林火灾磁自旋状态和列表成功的CA模型的物理现象,使用Netlogo孤独,似乎是令人印象深刻的和不断增长的2]。CA模型的主要方面,而不是传统的技术,是表达的现象是一个“规则”,自动机可以遵循。这样复杂的行为,很难写的微分方程,如蜜蜂运动在一个蜂巢,或鸟聚集在一起,因为他们飞,或蚂蚁发现糖和放下一种屡试不爽的小道,这样整个巢遵循路径食物来源,都与Netlogo建模,但不是与微分方程。CA技术,然而,并非灵丹妙药建模复杂的现象。事实上,随着旧电脑说:GIGO:垃圾,垃圾。在许多CA模型,他们只是一样好或坏,作为研究者或程序员写代码是谁。

考虑基于个体模型的正确性显然依赖于声明的正确性”的规则集”,给代理。微分方程已经无处不在,物理世界的支柱从17到20世纪。计算机处理的力量太过笨重,做出任何基于主体模型是有用的,直到目前的时代。此外,结果不会导致任何“美丽的方程,”发生在分析治疗;因此,科学家很难欣赏串数字是基于代理模型的主要输出。由于这些原因许多科学家担心这样的数值模型与分析治疗。然而,理解复杂的现象,它是显而易见,分析治疗可能在某些领域完全不足。因此我们希望表明,大规模太阳磁场,基于个体模型或许能更好地模仿行为更有效地比分析法。正是考虑到这一点,我们将讨论当前模型的行为。

在我们的磁场映射模型中,我们把光球层,是域的模型太阳的磁场。非零表面磁场进行,在我们的模型中,通过细胞自动机。在他们的缺席,磁场被认为是接近于零。除了我们极大的简化计算问题选择一个大“微粒态”的实体;字段为0,没有细胞自动机,并有细胞自动机,太阳的领域是(一个蓝色的细胞自动机所示,CA)或太阳红的CA(如图所示),量化的磁通量。

让我们简要说明我们的模型是如何工作的,以及后来讨论的太阳能现象说明了这个模型。我们引导选择以下规则基于“位置”,即领域实体的行为(出生、死亡、和运动)的影响仅仅通过最近的邻居的影响。但是有一些影响,代理其他代理:(1)在两极,外地代理连接通过Babcock-Leighton (bl)地下场低纬度地区,允许他们进行两个职责:(a) bl地下领域产生新的photospheric磁通量(photospheric领域外的过程,因此不是本文的主题)和(B) bl地下领域吸引了低纬度字段通过远程磁张力;(2)附近的中介影响我们彼此的运动通过短程相互作用描述;(3)当相反流量代理得太近,我们调用“死亡过程,”也就是说,字段和代理从光球消失。你可能会认为这是磁回路被拖入太阳(或从太阳),因此从光球消失,或任何数量的场景;他们又在外面的域模型。

因此对高于或低于太阳表面一般不被认为是除了最小的方式,的时候,例如,我们讨论了地下Babcock-Leighton环形磁场。最近的一个版本的模型可能Netlogo社区网站上找到(3]。它可以运行,或下载netlogo 4.1.3程序,并在电脑上运行。程序的工作方式是,在其开始,两个按钮压netlogo程序接口:设置/停止。设置按钮启动一个数量的代理在两极。去/停止按钮启动程序的运行与三个基本过程:(A), (B)运动,和(C)死亡,如下所示。出生(A):该领域实体是出生在活跃的地区概率正比于在最后极地极地场强最大值和几何与黑尔定律。(B)运动:代理移动在太阳表面流和部队我们简述如下。我们领域的运动模式是由三种类型的引导力量:几何,长和短程力。几何力量变换坐标之间的太阳的球面和Netlogo的几何学。科里奥利力被添加到这个通用类别,和长期和短程力涉及磁性的影响。 The long-range force is associated with the magnetic tension from the “Babcock-Leighton” subsurface magnetic field, which winds its way from one pole to the opposite pole. It is assumed to pull on any field entity that emanates through the photosphere, since above this surface the magnetic field herniates, or splays outwards, into the corona thereby lessening its field strength, and thus the stress tensor pulls magnetic entities along the field-line path. Our model just considers the latitudinal motions, as differential rotation provides for the average E-W motions. The short-range forces are those between close neighbors; these guide the field entities in the following manner: they encourage field entities to move toward regions of weaker field strength, and, in addition, like entities (e.g., members of the bluebird breed) “flock together,” and unlike entities (opposite breed members) turn aside. (C) Death: when opposite field agents get too close (within the parameter kill-dist apart), they die off in opposite-sign pairs.

场代理有几个属性;他们拥有一个量子化的磁通,Mx;蓝色的代理人,有时被称为“蓝知更鸟”字段直接射出的光球,和红色的代理有类似的场定向径向向内,和有时被称作“红衣主教”。Netlogo接口有一些量b或c字母,表示这些物种或品种的鸟类,指的是两种类型的代理。场代理跟踪他们的最近的邻居,与他们进行本地交互,正如我们刚才所描述的。的方式非常类似于鸟植绒;然而,可以看到类似的行为在许多无生命的环境,例如,许多一致的行为引起semi-discreet对象等天气现象的形成片雪暴风雪或冰的冰雹风暴,天空中云的形成,河谷的形成在地球表面,火山流出的熔岩和火山灰,自旋磁域有关的固体,等等。有无数的生活和无生命的现象,“羊群行为”。等相关行为做开发动画实体和无生命的。在物理学中,当这种情况发生时,例如在材料磁域,它通常被称为“对称破坏。”

现在让我们问两个问题,然后讨论它们。我们如何模型空间的高度受限的体积,即光球层,和几乎忽略超过99 + %的太阳,体积,或质量,外我们选择photospheric域?尽管这看起来令人费解,反直觉的,答案是相对简单的。物理定律是遵守在本地,以及在全球范围内,所以总是自由选择体积考虑。不需要考虑是什么让“边界值”,而只是用它们的体积考虑边界值。因此,例如,当爆炸发生在相邻的房间,墙上按远离爆炸,所以选择周围的边界体积需要妥善处理。如果我们在邻近的房间里,我们可能会担心我们的未来,当我们房间的墙壁突然朝我们。也许我们的低类型的边界条件是不切实际。我们不完全忽略了下边界效应:都是用来供应领域出生和影响运输领域的光球,都依赖于Babcock-Leighton磁场。我们的模型的成功或失败将揭示我们的假设的质量。

我们解决在当前模型边界周围的光球层如下:(1)我们把活跃的地区Babcock-Leighton领域成正比,南北环向磁场他们在论文[描述4,5),(2)我们认为这些磁场的磁场张力创建远程磁力,而拉领域实体向合适的杆。因此通过选择体积小(薄球壳)在光球层检查模型包含元素的优点和缺点。优势与模型的远离太阳物理学的领域的理解和最少的观察,即太阳的更深层次的区域在光球层,和薄的外层区域(色球层和日冕)超过时间和空间变化的光球。因此,在太阳photospheric属性是最好的观察。我们的模型还利用大量的太阳物理学的中流砥柱;例如,新领域实体基于Hale黑子极性定律,以及其他功能的活跃地区等领域快乐定律,Babcock-Leighton字段,等等。有许多模型的缺点。也许最重要的是在我们的思想是,模型真的没有说什么继续以外的领域的薄球壳周围的太阳的光球。我们的模型应当保持沉默photospheric域以外的物理过程。我们希望可以做更多的事,来测试它,并从中吸取教训。 Still, we are content with its current development, and hope it will become a useful tool to study the Sun’s magnetic behaviors.

我们现在提供了一些示例运行模型,从而说明我们的模型模拟以下行为,如何在光球层:太阳周期振荡(~ 11年),Waldmeier效应(大周期短于小周期),单极磁区域/行业/日冕洞(大规模领域模式),蒙德极小值(长时间的低场水平存在在光球层),3月/急于两极(极性场逆转高纬度地区)的细节,以及太阳有时出现有时作为磁单极子(在太阳出现违反麦克斯韦散度B要求),当然不需要变更麦克斯韦方程。

2。太阳能领域映射模型

了解目前的模式是如何工作的,它的作用,我们首先检查图1。这是该模型的字段映射接口编写的Netlogo 4.1.3。模型可以发现在[3),其中Netlogo软件包可能发现连同最新的代码。在图1,该模型运行两个太阳周期。网上电影1的补充材料http://dx.doi.org/10.1155/2012/923578显示模型的运行与苹果的Quicktime播放器。设置按钮按下启动运行,然后GO /停止按钮。特别重要的是随机种子滚动条,可以多种多样,每次选择一个不同的运行设置。各种蓝色滚动条左边和低于允许改变和修改各种参数。顶部中央陈列是太阳的天气地图(墨卡托投影格式,而不是同等面积的格式,由于几何Netlogo)。领域模型中是“出生”在光球层,基于极场的强度(基于Babcock-Leighton模型[4,5查顿及其所使用的),其他使用“极地领域先驱”方法来预测太阳活动(6- - - - - -11]。地磁前兆指标出现没有表现以及太阳能前兆方法直接基于太阳极地领域(9,11]。在我们的领域映射程序,一个可能改变的速率模型计算领域的滑块运动上面的程序接口。通过增加速度,然而,一个无法观察个体通量元素运动模型运行。模型仍然计算领域动作精确;然而,显示不公平对待的计算。

返回界面如图1会发现右下角的两个情节;下一个标签是情节,展示极地领域和时间变化。在每一个情节,从任何数字,显示三种颜色的曲线:蓝色,红色,黑色。蓝色曲线显示的数量和标志净磁通在北部地区,即意味着对外场超过60度纬度。红色的曲线,同样数量的净磁通在南极附近。黑色的曲线是绝对值之和红色和蓝色曲线,所以黑色曲线显示的绝对值磁通量位于极地。这个黑色曲线已经人为地降低60单位向下,增加透明度,所以三条曲线不一起跑。黑色的曲线,代表总极地通量,基本上达到一个高峰,在太阳活动周期最少。敏锐的观察者会注意到第四个黑色曲线非常底部的每个情节图。下面画一个曲线显示前面讨论的时候,总极地字段(黑色曲线)值达到峰值。“因此你可以从这些光点的数量计算太阳周期。 Each subsequent Plot A graph will have these three main colored graphs, plus the bottom blip graph, showing polar field maxima.

上面的第二个阴谋,阴谋,阴谋情节B显示了所有活动的意思是纬度地区出生在一段特定的时间内,称为“蜱虫单位”Netlogo语言。通过这种方式你可以观察太阳周期“蝴蝶图”。不幸的是,Netlogo绘图软件需要一个值为每一秒的时间单位。因此它不允许多个或0值为纵坐标。因此一个不能以传统的方式图蝴蝶图(许多特定的时间或没有值)。默认值为0,当没有新的活跃的地区出生。因此一个沿横坐标所观察到的“虚假的标志”,这应该被忽略。因此曲线在图B是一个模仿蝴蝶图,绘图方法允许Netlogo有限。

图2说明了极地领域几太阳周期变化(上),和一个更长的一段时间(4000年),时间单位在底部。在后面的这个图,首先可以观察到有一个anticorrelation周期长度的底部的刻度线(如图所示的图1)太阳活动周期的大小,另外,模仿太阳有时经过漫长的时间,让人联想到太阳的胡扯最小值,附近大约3000蜱虫单位。电场线的运动在不同时期是有趣的观察;然而,任何简单的图表我们画不会完全正义的建模领域的动作,就像一个快照不渲染时间的历史电影。目前的模型的一个重要方面是,实际的太阳能发电机实现了大约一千活跃区域电场线在整个太阳周期,单个字段行发出太阳的两极附近在太阳活动最小,当极地领域最大化之间的太阳周期(见王et al。12,13])。我们的观点是,太阳可以负担得起,这是大多数电场线取消了在附近的活跃区域。因此一些波兰人电场线成功发展,但是,到达那里,还可以再生赤道磁通量。因此就像蚊子把很多鸡蛋,希望几可能生存,太阳也有一个相对较弱的极磁通相对于其赤道活跃区域通量。我们支持Babcock-Leighton观点高纬度字段有一个关键的角色在太阳能发电机作为种子的环向磁场下一个太阳活动周期。他们的工作已经做得和其他人好了(9)通过允许对太阳活动的预测是基于太阳极地附近的野外观察太阳的时间。该方法扩展了从原来的工作(10)通过考虑多少字段是嵌入在太阳,基于太阳能发电机振幅指数(苏打水),其中一个将相关信息添加到太阳的环向磁场随着极地领域。虽然这方法似乎是一个自然生长的最初的想法,让太阳的字段连续监控,这100%不清楚多少这种方法增加了原始polar-field-based方法,由于统计不够好来比较这两种方法。

从基于极地领域的质量预测方法(9)和观测和理论方面的Babcock-Leighton发电机,极地领域确实似乎发挥重要作用在第二周期的环向磁场的崛起。在当前模型中,极地领域本身只是来自当前太阳活动周期的磁性的残余。这些磁场几乎漫无目的地游荡在太阳两极最终到达他们的避风港。这长遍历的磁性元素在光球层,从一个周期到下一个,会导致一定的布朗型随机行走,这或许可以解释为什么太阳周期预测方法只基于傅里叶分析型的太阳黑子数量和数学方法只同类导致的结论是,太阳黑子的数量本身并没有被证明作为很好的指数来预测太阳活动在自己的身上。我们现在前进,试图更好地了解太阳能磁性元素的穿越太阳圆盘。

我们将看到,本文从野外地图,太阳活动周期的周期性行为,如太阳极电场线,可能被视为太阳活动周期的流浪者。这些术语是航海术语指的是剩菜当船由于断裂破坏的海洋;杂物是抛弃货物落水的船员在试图拯救他们葬身鱼腹,而失事是那些自己提出离开,不安全地保管。拉根,他们失散多年的三联体是货物将大海的底部。太阳磁场的情况下,我们可以认为消失通量是拉,而不是区分流浪者,只是这些条款适用于领域生存umr和极地地区收集然后改革进入下一个太阳活动周期的环向磁场和未来。不是当前的模型并不重要,因为这是一个photospheric模型,这种改革是否由浅流场在运输发生在光球层,或在大深度,靠近太阳的对流区底部。此类事件,外面的域模型仅仅是这个模型的范围之外。正如前面所讨论的,这个模型试图只考虑这些元素发生在光球层/或附近,因此对待新通量进入光球层为“更新的边界条件。“我们期待这种模式正在更新允许观察太阳黑子字段作为实际的边界条件,就像用雷顿的模型(14),然后看到这个模型准确地描绘了大规模的领域,就像完成了雷顿的模型。

另一个可能出现的问题是我们如何能够photospheric领域模型模型,该模型是不完整的,不考虑所有的运作整个太阳?我们这样做如下。下的模型是用来扫描photospheric地毯,比喻,磁场如何到达光球层的性质。一个可能会惊讶,一个可以构造一个模型。但是是的,可以。一个总是自由选择任何感兴趣的体积,物理定律适用于本卷,并考虑周围的表面体积作为边界条件。这就是我们选择的光球层的域模型设计;不多不少。通过限制我们的领域,当然,我们限制我们可以学到什么或说这本书以外的现象。我们从根本上试图理解光球层,磁场和流体运动在其中扮演何种角色影响大型photospheric磁场。

让我们继续我们的讨论的磁通量计算,尽可能多的把这“通量传输模型的一个重要方面。“我们的项目可能被视为一个“玩具模型”与实际的太阳。尽管拥有更大的计算能力的可能性,这个程序,运行它,通常使用一个小的有限数量的代理,因此有必要增加模拟太阳的低效生产磁通(当然,一个可能改变参数,使模型更现实的太阳能的条件,但是我们没有试图获得一个一对一的关系)。太阳产生磁通,可以浪费99.9%的通量(正如前面所提到的,只有1线/ 1000电场线到达两极)。我们下一个检查和计算效率极浪费相关字段生成如下。

我们定义一个效率公式定义类似于王et al。12,13]: 我们可以使用缩写字段运输效率(FTE)。我们定义的“单一物种出生率”领域的平均数量的实体的一个标志,每循环。我们定义的“极地领域运输率”的单一信号带到北极磁场实体。有鉴于此,我们使用322年蜱虫细节数据显示在界面,如图1。有四个太阳周期;在此期间绝对极地领域高峰(+南北)~ 50(每个字段符号~ 25)。监视器在右上角显示4个太阳周期,273年的总数量的活跃地区,和10960字段的行数(后卫计数),其中大部分(10784)死亡。极地领域获得运输率每循环使用峰幅度约(~±20),20场实体峰极但要求40运输(20磁场的方向,20重建反极性)。因此,单一物种出生率10,960 / 2 = 5480 / 4周期= 1370场实体/周期。现场运输效率成为FTE = 40/1370 ~ 2.9%或1:34在前面的符号,使用这些数字只是讨论。这种“效率”,2.9%或1:34岁比较低得多的同期值观察太阳能领域(0.1%或1:1000)太阳。

降低太阳比我们的模型的,1:34岁,而不是1:1000年,是一个比~ 30。我们的模型更高效率的一个主要优势。它使我们软弱的人类看到没有完整的显示字段太阳分担的浪费。太阳的磁场的变化损耗的比例1:1000年我们的模型的损耗比1:34意味着领域97%的损耗。这种浪费,我们建议,主要包含“混乱”,被当前的模型。这个作者的推理,现场浪费(太阳的99.9%,该模型~ 97%)代表领域活跃的地区出生有通过混乱的成长经历15),涉及领域渗透(字段)的生产超绝热社区日益活跃的地区,这导致他们浪费领域的混乱过早死亡在社区这些字段在哪里生的。这就是大多数太阳黑子的短暂的生命。它毫无用处,我们理解如果我们的模型是捕捉浪费,只要我们记得,它的存在,这个模型不建模,也捕捉它,当统计数据与太阳相比,但额外的浪费做存在于太阳;但是他们是一个我们还没有处理的复杂性,就像分子运动在原子层面上超越我们区分的能力。我们所有的感觉器官可以感受到它的压力,平均武力对付我们的皮肤,但并不是每个分子的个人力量,打击我们的皮肤。

以免倾向的读者不是我们的推理,我们;让我们简要地添加更多。人不应该受到我们的消除浪费字段通过考虑实际的现实的“计算项目,”。想象一个直场线在光球层。现在我们扭转它,所以一个循环弹出上面,所以有两个新领域的来源(a +和−)在一个小区域。人们很容易扭曲和流行两个循环。所发生的这些小环可以完全不同。一个循环可能只是回落;另一个循环分开。真的是没有黄金标准的计算通过表面磁回路。 The kinds of “counting processes” that we undertake of field lines through a mathematical surface (such as an idealized photosphere) simply provides us with a rough gauge of magnetic flux. This is simply what we do: we can count, but counting is nothing physical that the Sun can respond to. Counting is not a physical process. It is something that humans do, as we try to quantify physical attributes.

有很多参数导致有趣的行为方面,这个模型中,这可能是调查。我们将显示这些在接下来的几个部分。让我们第一次提到的成分在这个模型与早些时候领域模型相比,像雷顿(4]。尽管这个模型可能出现行为分散,这个模型不扩散,而不是有一个参数,控制领域的速度运动,结合kill-dist参数,可以获得一个粗略的扩散系数(cm²/秒)近似速率字段取消。在当前的模型中,磁场是由各种流水流,和现场分散场取消,主要在大规模现场单极的边界地区。字段的实际过程只涉及取消代理在他们接近kill-dist(固定的距离)。最重要的是,这是一个确定性模型。随机元素与我们的太阳黑子字段选择的方式。

对于任何关心我们的模型的比例的减少的比例随机字段命令字段与太阳相比,我们提到最后一个类比来理解这一重要的一点。让我们考虑太阳能电场线100年味道,说不。1无效。100年,在两种颜色,红色和蓝色。只有红色和蓝色线标记与一个特定的数字,说不。1、计算;其余的被丢弃。如果我们显示额外的99字段行更高的味道,不去波兰,那将是更加混乱比它已经显示的模式。这个数学变换将消除我们显示的数值模型的不足,通过一个简单的数学技巧。这就是为什么在我们的思想,而不是拟合所有的太阳能发电机数字(太阳拥有99.9%的损耗,这个模型中,97%)是没有任何意义的。 Our simplified “toy model” that we show here allows these field displays to be perceived by humans without the added complexity of having a significantly higher average field cancellation that the Sun provides.

因此这个模拟增强极性电场线比赤道,所以最重要的电场线,希望充分观察。的说这是另一种方式,太阳活跃区域的字段是相对强劲与极地领域相比,太阳的发电机的效率低下并不是充分代表当前字段映射模型。如果我们直接一对一的描述电场线,我们需要更多的活跃地区的电场线,然后模型仿真花很多时间取消很多,长时间运行,显示整体磁结构。我们妥协这方面改进的显示。

2.1。模型的使用和行为

最明显的行为我们的模型是它描绘了每11年太阳活动周期振荡,(见图)。除了看到振荡行为,看到已经成为传奇的不规则的人惊叹于太阳的飘忽不定的行为显示小韵和原因。这使得许多理论分为理论思想的垃圾箱,许多太阳周期预测不得不垃圾,因为他们试图了解太阳的神秘的行为,因为他们试图支持机构的企业受太阳活动的影响。NASA以及其他国家和国际机构,有许多技术成果在太空可能受到过度的太阳活动的影响。与日益增加的需求和依赖这些卫星,等等,知识的长期太阳能行为越来越实践以及理论研究的重要课题。长期的方法这样的预测是由尚未达到足够商定的方法(11),与太阳物理学,仍然是一个个人主义,开拓性的努力,而一个完全建立领域有足够清晰,教师以外的教学领域内的专家感到舒适给下一代。这是不幸的,因为太阳是唯一的明星,我们可以看到有足够清晰,以便明确详细的模型可能是测试。就像在一个窑,创建铁杂质分离出来,观察坩埚;错误的理论中,希望留下一些表面上的真理。这主要是出于这个原因,我们构建了当前模型,所以它可能集中在可观测太阳,其中大部分来自光球层以上,离开了巧妙设计helioseismological观测提供了一窥太阳系内部。

2.2。Waldmeier效应

我们查看后最明显的太阳周期行为,现在让我们考虑一个鲜为人知的效果。除了太阳周期振幅的差异我们讨论,还有另一个效应,Waldmeier [16,17)发现。这是高周期达到峰值比低周期更短的时间间隔。这种行为并没有被很好的解释;但是它已经成为众所周知的太阳物理学家,也就是说,变得和我们呼吸的空气一样无处不在。

为了简单起见,只考虑一种物种,尽管结果适用于两个相等的物种,我们正在处理。考虑一个近似周期性模式,我们的极地领域生育率,太阳极地领域数量成正比,这段时间成反比,,获得近似单位时间的生产数量: 我们使用一个相同的表面场的时期实体之间的关系。现在的速度场死亡有关的综合效应场死亡,被本地的乘积成正比的蓝色和红色磁代理数字: 在表面字段的数量和死亡率相当于蓝色和红色物种的数量和利率:和。考虑到我们的模型利用活跃地区的出生率表面场的实体与极地领域数字,,与一个固定数量的领域实体/活跃地区,populationbc,和一个粗略的平等集成领域出生和死亡之间的平衡,平均而言,我们的模型: 在这个模型中有一个平衡场出生和死亡,所以 如果我们检查这个数字,用我们的名义字段值,得到表面死亡率每滴答步伐~ 0.054活跃的地区。第一太阳周期,这相当于~ 1场实体/蜱虫步伐,因为这个循环~ 70蜱虫,提供一个~ 4实体的死亡率。出生第一太阳周期,包括最初的极地领域实体,是5280场实体和战场死亡人数是4800年~(每种颜色数量的一半)。使用(5),上面的数字,我们的屏幕尺寸显示43×85网格点,产量3655个细胞,每个蜱虫平均密度为1.3的实体。这产生一个值1.3每70蜱虫实体或0.018死亡的单位每滴答,屈服~每周期整个电网5000死亡,由上述方程,需要平均。这些数字显示一个粗略的自洽性,即周期大约只要持续时间大约杀死尽可能多的实体出生在这个周期。

我们可以考虑上述方面获得一些进一步的理解这些领域实体的生命和死亡之间的相互作用。为简单起见(允许理解没有实体的详细跟踪,因为我们的模型呢),我们认为一个一维模型,有极性表面,红色和蓝色的代理;然而由于每种颜色的数量是相同的,我们只考虑表面红色和蓝色的总数和极地领域,和,分别。

现在考虑的一些元素Babcock-Leighton发电机:表面字段来自一个放大的过程,放大了极向领域的内容,并将它们转换成表面环向磁场在哪里爆发字段,因此我们选择 在哪里是极电场线的数量,波兰人的标志,是表面的数量字段的太阳表面的迹象,不包括极地字段,然后呢放大和爆发的Babcock-Leighton发电机过程放大磁场表面字段。我们都忽略了真实详细的球面几何学,历史,等等。现在,极地领域来自以下部分爆发(太阳黑子字段)表面字段,这是领导回杆(在我们的模型的磁引力极地领域,但在Babcock-Leighton几何和扩散模型的以下领域活跃的地区)。这些字段是相反的信号到原始极性场因此抹去,极场和构建一个相反的信号。因此我们表达,通过一个简化的微分方程: 在哪里代表一个漂移速度(1 / s)的时间太阳表面场向极漂移,摧毁极地的标志,和反向极地领域。站,这些著名的简化方程导致一个频率的傅里叶级数。如果我们开始时间序列与一个特定的极向场,,和一个表面场(例如,环向磁场相关这个简化0)的照片,这产生一个振荡的 在哪里是由。

如果我们现在从这些方程,我们可以考虑的功能时间依赖性,而非均匀振荡开始时的情况。首先考虑一个更上面的方程的一般形式,允许非线性交互的组件。一个研究类型的一阶微分方程的形式:生态 在哪里和通过捕食功能交互类型的关系。分析解决这些方程未知的存在,除了简单的情况,但是数值混沌振荡是常见的。

修改我们的早些时候方程检验方程如何应对时态变化,我们包括函数形式,,允许一个世俗的趋势: 我们有包括函数形式,,选择了它,作为一个小的常数,0.1,形式不出去的范围在0。第二项的目的在右边上面的方程,,允许这些字段的衰落与相反的磁场“碰撞”标志和使用人数相等的假设都签署了字段(物种)。条款之间的蓝色和红色字段将碰撞频率成正比(相反的颜色的数量密度相关的实体,),但第二个因素发生在一个集成在太阳表面获得每个物种的总死亡率,这为综合所有碰撞。的方面提供了一些腐烂,任意时间常数,可以考虑修改各种衰减时间常数。

对于数值简单起见,我们选择,,,。解决这些方程在图所示3。可以观察到一个逆周期振幅和周期持续时间之间的关系,类似于Waldmeier观察到。极地字段之前表面字段,当振幅减少,循环周期延长。我们可以考虑这种逆关系发生在我们的模型,以下原因。当太阳活动增加时,场地区耗散的增加不成比例,由于二阶项。因此,循环时间缩短。反过来也是成立的。当前字段映射模型显示这些属性,可以看到他们通过检查周期的长度和大小的数据。

2.2.1。单相磁区域(umr)、部门、日冕洞,向南极的激增

除了太阳活动周期的最明显特征的太阳,白色的光,太阳黑子和光斑,在全球范围内,难以观察的特点,然而,太阳极地领域的迹象。观察到极地光斑(18),和极地羽毛在日食的时候,太阳的极地领域一直作为“太阳前兆”来预测下一个周期的大小。大单极场地区的太阳似乎驻留在其他纬度,尽管它们的结构有时不能很好地认识到当他们按规模划分活跃地区。这些区域被称为单极磁区域(umr) [19)的形状,并向后“C -型模式,发现太阳。很可能他们是相同的行业模式发现之后不久。这些都是“南北”对齐在太阳磁场特性,形容第一个部门一个分裂的橙色,看到太阳和在星际空间20.]。的细微差别的描述这两个模式明显不如这两组发现的大型太阳能模式,极之间的中间领域和太阳黑子。这就像发现珠穆朗玛峰;并不重要辩论是否它的形状更像一只鸟的喙或一个三角形的金字塔。

我们现在通常指大规模单极地区太阳,在两极是否或者在低纬度地区普遍,作为“日冕洞”,由于太阳单极场区域的方式允许日冕等离子体搬出这些磁力线很快。我们现在知道,这些模式很少,如果有的话,形成数学理想化的几何结构。然而,在早期,日冕洞之前这些名字。我们现在理解的现象关闭拱门时形成阿尔芬最高速度允许磁场向下旅行以同样的速度,日冕等离子体向外流水。所以之间存在一个平衡等离子体的速度向外和向内张力拉内电场线。它是一个复杂的种族,允许最高封闭拱门谎报太阳半径以上太阳。通过这种方式,一般高度的“源表面”这些最高平均关闭拱门。以上这些行,太阳风将字段结构扩展到星际空间,里面的高电场线可以连接到太阳。

运行时当前太阳能领域映射程序,在太阳能领域的模式显示似乎显示领域的各种模式和一般运动非常类似于向后位于umr和部门讨论前面的作者,当不阻碍新的活跃地区。向后位于脑部的一个经常可以看到各种数字字段结构来自活跃的地区作为字段拆分和漂移向相反的两极。可以考虑由磁力驱动,和向后掠的微分旋转。这些可能是一些主要影响开车,而不是扩散性质。不能完全忽略其他一些可能影响小,如子午流和一些湍流混合的“扩散”。这位作者,看来磁性Babcock-Leighton地下场提供了一个子午(南北)运动,可能会被视为远程磁力驱动11年振荡,旋转和微分领域吸引到一个“纹线”,流体动力技术词汇描述模式时生成一个依赖于时间的风吹过“指示剂”留下的“痕迹”排放来源,如烟囱的情况下或在太阳的情况下,它的磁场,流体流动。

这种观点类似于以前支持(21),虽然地下Babcock-Leighton磁场的影响可能没有被考虑。这些作者将检查“开放磁通”通过观察电晕太阳能电场线的连接。巴布科克和雷顿没有这些模型,但巴布科克和雷顿当然理解太阳物理学和麦克斯韦方程,所以可能这是他们的模型的核心。在势场源表面(pfs)模型,小王和Sheeley研究反对称双,他们倾向于添加一般来说,“开放的通量,因此这些倾向于增加发电机,通过添加优惠南北。

如果字段是对称的(或模型),等领域可能导致开放的通量,但不是在计算平面上,他们不会有一个南北偶极矩,所以,在本文的观点,不会影响计算太阳能偶极子,因此不会倾向于增加Babcock-Leighton极地领域。当然,对于实际的阳光,打开流量很容易导致大规模扭矩磁场线从其与全球互动领域,,很难说出的效果将扭矩的下面的地区。然而,从本文的观点,发生什么事,在这些完全对称的情况下,是在相反的磁极,字段“妨碍”反向标志字段,所以取消会发生。当然,如果在一个特定的经度,南北模式干预“建设性的”,而不是取消,这两个模式成为南北对称方向,和一个完整的backwards-C结果。总相长干涉导致向后位于脑部结构类似于巴布科克和霍华德的模式。除了这些模式,王等人在海军显示字段从磁扩散的模式,在各种情况下从活跃的地区。

现在让我们检查一些随机模式,目前的模型生成。可以看到两个模式“部门”在我们的图4。极地领域在这个显示是附近一个极性逆转两极约等号通量。虽然这种行业的数量常被描绘成2或4,每旋转(太阳的赤道周长),当新的地区爆发的数量在很多地方几乎在同一时间太阳,太阳表面可能有更多的部门/旋转模拟显示。这有悖于任何简单的规则(只在太阳低阶谐波),一般认为正确的。因此威尔科克斯和洛克的观点20.的领域更被视为一个简化概括比任何精确的表示。

“源表面”模式(22)首先利用格林函数在电晕衰减高空间频率谐波的太阳,将复杂的photospheric字段结构转换为简单的部门结构在空间20.]。利用改进的photospheric边界条件,而不是表面磁单极子以适应photospheric边界条件,Altschuler和纽克(23)提高了pfs模型通过改进的球函数的使用。Pneumann和科普24)开发出一种磁流体动力模型具体情况下完美的偶极子场的太阳,随后Schatten获得当前表模式25)强调薄当前表的重要性在星际的形成领域,与模型能够计算出自由的电晕,从任意photospheric字段配置,与体积电流为零。电流在这个模型中被迫居住地点,如在表面。的数量总是0时,当,所以磁力,,在这个自由总是0当前表模型。一个数学“诡计”即可完成这个,与此同时,在“源表面平衡麦克斯韦应力。”一个简单的改变任何源表面向内字段,所以他们不能重新连接与外在的字段,然后,计算电场线后,颠倒了内直接电场线到正确的方向。当然,这创造了一个人为的、虚构的磁单极子的目的(计算)处理冠状,但这不是一个数学操作。这个模型是小王和Sheeley [21)使用,当他们描述他们现在使用的pfs模型。它是更加困难比原始pfs模型计算,所以通常,遗憾的是,大多使用1969年。

在任何情况下,问题依然存在:在多大程度上做球函数,,描述太阳的磁场和日冕和星际太阳能领域的“平滑”?做photospheric字段本身由高阶谐波或低阶谐波?

更深入地理解的方式活跃的地区将字段添加到大规模结构被王加快了et al。26]。这些作者澄清该领域的许多谜题模式。首先,磁场的“极地激增”,这些作者发现在太阳的大规模领域产生深远影响的结构。此外他们问令人困惑的问题:如何日冕领域存在的刚性旋转photospheric微分旋转的存在吗?这似乎是反直觉的。这些作者解释说,是模式之间的差异(冠状刚性旋转),和实际的旋转流体(微分旋转)。“轮辐”等现象在土星环是另一个戏剧性的例子,类似的效果。虽然令人费解,但现象很常见。任何人在海滩上看到模式,海浪卷,到达岸边。然而波的运动模式是完全不同于水的运动。 The water does not travel at the tops of the waves directly from hundreds of miles away! So, the phase velocity and fluid velocity differ significantly. The group velocity of a wave is the velocity which the overall pattern or shape of the wave amplitudes propagates through space. The fluid elements move in a cylindrical motion (in the deep ocean), so they never travel far from their initial position, owing to the wave patterns that they partake in. The wave patterns are transported horizontally to the shore, where the waves break in the shallow water. In the present model, one can observe surges of field towards the poles, similar to the previous authors’ patterns. Fisk, Zurbuchen, and Schwadron [27)提供了一个图象显示阐明几何和重新连接发生在日冕的影响。

最近一个混合日球建模系统开发预测星际属性直接从太阳能领域,在日地研究数十年发展有用的26,28),超出了任何人的想象在早期的巴布科克和雷顿。

2.2.2。蒙德极小值

图5显示字段映射接口的结束阶段,长期的2000步伐,高潮开始从相同的参数如图1。我们想要说明一个安静的时间间隔近3000低太阳活动的步伐。可以获得这个,更容易,通过减少AR-rate;然而,我们只是跑的标准运行足够长的时间间隔,并幸运地获得一个较低的间隔活动事件。降低AR-rate提高薄弱地区的数量的影响,虽然仍被许多振动,它们的期限和活动水平较弱;最终的复苏。在画一个,一个看到了长时间的历史,经过上述弱场区间;当然,我们和其他可能会称之为蒙德极小期类型的事件。

现在让我们来研究一下这个模型的复合历史运行2000蜱虫步伐。首先我们注意,活动减少,振荡时间延长,在上一节关于Waldmeier学习效果。图5此外,给出了一些弱场模式在安静的间隔。我们有图的下半部分所示5,一些地图显示字段。一个偶尔所观察到的,特别是在最低的两个地图,河流的字段在极地附近的飞机旅行(偶尔向东或向西导演相对于流体)。显示器显示一个相对简单的字段。因此在这些模式的领域非常弱,,很难辨别的详细模式,没有查看实际的进化。

现在让我们来研究一下这个模型的复合历史运行2000蜱虫步伐。我们首先关注整体行为和相关的一些有趣的方面最安静的第二期如图5(上)、情节答:第一,整体行为,注意,和之前一样,最大的山峰有最短的时间。现在,我们检查效率,和之前一样,使用(1),“单一物种出生率”的比例,每周期,极地领域传输速率,单一的数量标志带到北极磁场实体在整个循环。记住这一点,我们使用2000年蜱虫细节数据显示在界面,见图的下半部分1。在这整个时期24太阳周期都是来去匆匆。相称的,1821个活跃地区为72880开发的电场线已经诞生了。

极地领域获得运输率每循环使用峰幅度约为46岁(23 ~±),与~ 23场实体在一个高峰,要求46运输有(23磁场的方向,23重建反极性)。监视器在界面的右上角显示,分别24太阳周期,72880年总数的领域实体(或36440种单一实体)。单一物种出生率因此每周期1518实体。现场运输效率是这些数字的比例:FTE = 46/1518 = 3% = 1: 33岁,几乎相同的我们之前预计的2.9% = 1:34岁,表现出显著的一致性在将赤道场到极场运输。我们有些惊讶的均匀性,但这可能是由于我们计算长期平均水平,而不是cycle-to-cycle统计数据。这数量(3%)比太阳的效率,对这些计算(1:1000或0.1%)。

这个模型的显著提高效率,与太阳(3%比0.1%)相比,我们需要再次指出,磁力线计算并显示不紧紧局限在太阳黑子和活跃地区字段,太阳物理学家感兴趣的动态最常讨论的太阳耀斑等事件。电场线我们学习最好的在这个模型不是最明显的磁特性,太阳黑子,而是他们的较弱的残余,如光斑和网络领域,都很少见到,但永远存在。这些可能是更大的利益,因为你发现他们通常有一个更持久的全球影响和帮助推动太阳未来的活动行为。另一个有趣的方面,它可以看到如果一个手表模型运行足够长的时间通常是有一定程度的不对称太阳极地的领域,通常嵌入在极地领域面向一些面对面的字段。这往往消失随着循环的进行;然而,我们相信这是一个真正的效果,这对我们这种不对称出现的倾斜太阳的偶极子就像地球的偶极子不是集中在地球的转动轴,但目前一些11度倾向于轴;这里我们涉及整流罩的倾斜的29日]定理对轴对称发电机。

与太阳只使用~ 0.1%的活跃区域字段再生极地领域,这无疑会使实际的太阳周期一个非常低效的过程。然而,光球层的工作交通太阳的能量向外不要磁场。那么,可能被描述为“浪费99.9%的能源,”一个效率低下(对我们来说,人类是谁感兴趣的太阳周期),可能是,一些更高的视角,一种非常有效的散热器。我们真的无法判断这种事情;他们仅仅是它们是什么。换句话说,我们可以简单地认为太阳允许99.9%的活跃区域磁通取消之前剩下的0.1%是相反的两极。活跃区域的强度字段与背景场可以看到在许多场阴谋(30.- - - - - -32]。包括个人的太阳图像领域以及天气图的太阳表面。活跃区域字段显示磁性覆盖磁盘以及巨大的变化出现在太阳表面,与弱极性领域几乎不可见的显示早些时候,当太阳的领域非常活跃在20世纪的最后一半。让我们回到我们的领域建模显示和观察,它也产生了蒙德极小期类型的行为。

2.2.3。3月/急于两极,或河流的磁性

另一个事件符合以下太阳能的行为。在太阳上,有许多时间事件之间的关系。一个通常被称为是一个“3”或“冲”的两极极地顶丝。这些运动通常发生在极地的时候场逆转在这阶段的太阳活动周期(太阳能最大)。上面这些极地顶丝,当看到太阳的四肢,被称为,最常见的,如日珥。

在过去,在太空时代之前,他们最“知名”,因此他们的名字,在日食的时候,当他们显示他们的富有,宝石红色光地面观察者时达到顶峰上面月球的四肢在日食。这个颜色对比与钢铁般的美丽蓝色的电子散射photospheric光的内部日冕。青白色日冕显示的感觉的月光反射冰山以上冻结的海洋,因为日食往往导致许多度的温度下降。这样的感觉掩盖了几百万度的电晕的热量,和日珥拥有宝石红色,掩饰他们的酷,色球温度,成千上万度低于耀眼的白色的光球。自然因此给我们公平的警告不要判断它与我们脆弱的人类的感官所感觉到。相反,我们必须运用我们同样虚弱的精神设施来解释其奥秘。我们所能做的就是停下来思考和反映我们知道甚少。

因此日珥氢α线,出现在宝石红色的波长656.281海里。他们是黑暗相比对太阳能磁盘(因此称为丝),因为他们吸收的光明亮photospheric磁盘之外。在日食的时候,然而,他们见过最显著历代鲜红的外观。最常见的,虽然他们是静止,几乎十分之一的太阳半径在光球层之上,只是平静地躺在像太阳能牛,依偎在头盔等浮电缆的保护基地,显示内部日冕的基地。这些日冕飘带,当然,有他们的名字,由于WW我的头盔警告的普鲁士士兵能够保护他们免受袭击;然而,他们有条理的指出上衣可能让士兵们更加明显,而不是提供任何真正的保护。最常见的是,在这个现代化的时代,然而,日珥只获得真正意义上的名声,当他们被迅速到日冕和太阳风,通过日冕物质抛射(cme)。这些经常发生(或没有)太阳耀斑,标记他们的明亮色球层外观,与白光耀斑或很少,在光球层。

讨论这些特性的特定方面是他们著名的“3”或“冲”两极。士兵游行或冲进战斗,飘带在太阳周围收集集体和3月两极队列,如果所有称为一个遥远的鼓手在太阳。我们不能听到的声音大声喧嚣来自太阳的表面,由于颗粒材料的速度接近音速的速度。如果我们能听到声音,这将是最大的可能,是狂热的声音。我们会立即充耳不闻,但所有的磁特性的3月向太阳两极同时将是一个相当壮观的景象,和一个不完全理解。

Gopalswamy et al。33为这种行为提供合理的解释。他们报告之间的关系消失的高纬度冠状细丝(pcf),日冕物质抛射(cme),整个太阳周期延长。3月波兰人在他们的论文中讨论的“急于两极,”所以术语变化从十年十年。正如我们所知,丝躺在闭域的基础结构,在一个可以创建一个新的极地领域在两极,老油田第一需要移除。因此,旧的电场线3月的两极逆转极地领域旧周期。这似乎是非常合理的,因此相关的向两极移动3月或极性逆转看起来就像是一个太阳活动周期的自然和必要的一步。

对于本文的目的,我们看到波兰人高纬度地区游行等领域,作为领域逐渐向极的河流,之前场逆转。图6显示这些字段模式与我们的模型:,极地领域的历史,和底部,该领域的模式在这些时候上市,之前场逆转。通常,有薄丝老极地领域,被推到极点,在逆转,它完全消失,新推高通量对旧通量直到最后了。这基本上是Gopalswamy的观点,和引用,报告(33]。因此我们发现太阳活动周期的取悦这有趣的方面也模仿了我们的模型。之前认识到这种现象属于一个既存的名字:“冲皇冠的波兰人细丝”,我们称之为“磁性的河流”,以下原因。作为一个看到的面板图6高纬度的字段,而不是极端的极性领域,似乎几乎连续从东跑到西,意味着这些字段是磁性的极地附近的河流,就像太阳的急流,但涉及磁性,而不是风流方向。他们可能是高纬度整流罩的延伸29日向后)C形结构;然而,现在我们只是把它等同于3月/冲杆现象。

在北极,这些领域的模式越来越被微分旋转。因此他们可能模式漂移两极同时旋转不同,因此朝东西方向延伸越来越多,从而逐渐减少的倾斜角度的分段磁场线。因此它可能像薄板表面的太阳,地球极光的几何相似,这也是拱极星,然而环极磁轴,轴的旋转。,磁场像河流,有一个极性流动向一极,而反极性提出相反的磁极。预先存在的术语“皇冠灯丝急于两极”似乎足够描述这个有趣的行为。

获得从一个模型运行,必须重置价值tick-end 0到连续运行或过去的时间人想长期检查,例如,300。在大多数例子同时两个极地字段不扭转,甚至有略微区别在两极,与磁性有些经度后消失。这就是真正的太阳活动周期的性质。等真正的现象从来没有明确简单的意见建议。

2.2.4。太阳出现磁单极子

也许是因为这个话题是最具争议的,我们离开它。威尔科克斯(34)表示,太阳有时会“表现为磁单极子。”

我们正在提高这件事,即使我们不积极处理改造基本物理定律基于太阳能的观察。然而,我们认识到氦首次被发现在太阳中微子振荡也围绕着太阳旋转。最后,当然,我们自豪于雷顿的精彩评论,如果太阳没有磁场,就像大多数天文学家认为这是无聊的一颗恒星。因此,我们不能简单地扔出令人费解的观测太阳磁场。相反,我们问:我们能从错误中学习什么?进一步,当前模型揭示的起源任何这些令人费解的观测?让我们先回顾一下结果。

威尔科克斯(34)发现,早在1965年,从2月3日到4月24日,“连续三到四个月的观察(太阳)表明,太阳能领域的主要群体是直接从太阳太阳纬度。“威尔科克斯的观察。威尔逊的支持,他州,在太阳能高纬度克里米亚的观察,尽管他们的极性符号惯例似乎是在美国使用的信号极性相反,使有可能误解。观察是由行星际磁场,威尔科克斯报告。领域每年的接近尾声,然而,显示出相反的行为,当几个旋转显示所有但几天向外,从1965年6月到1965年10月。所以,这增加了更多的令人费解的行为的太阳磁性因为麦克斯韦“散度方程” 要求在每一个位置和磁场散度为零。方程不是一个银行,一个可以借钱,如果一个人同意支付银行的利息;,在适用法律上一律平等。我们应当使用,主要不是微分形式,而是积分形式,基于斯托克定理,所以 表面的积分求和的一个封闭的体积,,是一种元素的区域正常的表面。不过为了便于理解,我们应当把它称为麦克斯韦散度方程。

之前讨论的相关性这些观察我们的模型,我们首先声音担忧我们对太阳的观测,威尔科克斯报告。我们将列举这些保留清晰。

看来详细的天气地图,在当时太。威尔逊(威尔科克斯获得太阳能数据),只显示字段朝赤道方向40度的纬度,由于注册困难重要塞曼分裂获得足够的信号。这允许地图有显著区域的太阳正面或负面通量可能散发。

太阳极地区域的字段没有检查在威尔科克斯的研究中,虽然他引用Severny的支持;然而,没有“硬数据”威尔科克斯的报告。回到Severny和同事的报告(35- - - - - -37)不澄清这个问题的答案,如极地领域似乎相当弱的这一时期。威尔科克斯之间的讨论和Severny似乎只是一个对话现在这些人都还活着。太阳的极地领域可能是这种情况的一个重要方面。如果太阳极地领域“偶极”,他们常常被描述,他们会不影响全球会计领域,需要研究的关键问题,解决这个问题。当然,不管符号惯例,似乎有更少的疑问,极地领域,在这一次的一部分,相同的符号,这可能是重要的。磁场的方向是一个标准的日子以来麦克斯韦(38];很多单位已经修订,但固有的定义是麦克斯韦的基本方程。

太阳极地地区的有关字段,尽管他们并不总是出现在天气地图,我们很幸运有罗伯特·霍华德,一个有经验的观察者和专用服务多年。威尔逊,描述太阳极地领域相当充分的从1960年至1971年,以及在其他年份。所以,让我们提到至少发生了什么有趣的时间期间,1965年,而不是专注于剩下的时期。感兴趣的读者会想跟随太阳的整个历史的极地领域。威尔逊和霍华德(39提供一个很好的起点。在1965年,太阳从Mt。威尔逊有以下行为:1月~ 4月1/2,南极领域的主要群体是相同的标志为北(+外,但在2月的N极场很弱,而且只有两个极地字段~一样的通量。在高斯,所以不真的多磁通从太阳两极分化在这个时间段)。今年5月,似乎没有观察。从6月到10月的一半,南极是+,北极和相反的符号;0 - 1 G,南部和北部1 - 2 G;余下的岁月里,周围的田野波动,但韩国不断(因为它已经主要是全年)向外发出更多的磁通。因此,总的来说,没有一个重要的净磁通通过发出太阳的波兰人在1965年期间,霍华德的作者解释图表(39]。原因如下。每当字段相同的标志(在年初和年末),他们弱,每当(年中),他们更大,他们有相反的迹象。因此似乎没有净磁通,至少当我们解释霍华德的报告。

现在让我们简要讨论太阳极地的字段。有趣的是,Severny巴布科克的工作进行了回顾,并指出,h·d·巴布科克使用Mt。威尔逊磁像仪在太阳的极地,7分,发现在1957 - 8中,北极的太阳突然逆转,太阳两极有相同的极性几乎一整年。Severny还指出,在1959年太阳极地领域是平行于地球。因此Severny清楚太阳物理学家所使用的符号法则来衡量太阳能磁性。正如前面提到的,美国签署公约》不仅仅是一个太阳能磁性标准;这是物理磁场信号的通用标准(38];麦克斯韦方程没有改变的迹象,因为他们被发明了。太阳极地字段保留相同的磁信号是与我们的模型,我们将看到不久。

太阳的极地领域占领这些地区的太阳向极的≈60°。这些地方太阳的全球主要偶极子字段通常驻留。尽管经常听到这句话“太阳偶极子”,太阳极地字段不是严格的偶极。也就是说,他们没有大小相等,方向相反的两极。进一步的太阳并不拥有相同纬度的依赖,一个严格的偶极子。太阳的字段不是在任何有意义的方式类似于偶极磁铁。相反,他们由无数微小区域的磁场的发散迹象,覆盖了极地高纬度(大于≈60°)的太阳。此外,太阳有很多双在其表面(40]。通常有一个极性的优势,要么极。通常,除了当太阳极性变化(太阳附近最大,但是每个杆在不同的时间反转极性,相隔一年),一个标志字段主导的极性在每个杆,和通常极地领域互相颠倒,不互相密切大小相等,方向相反。我们的知识的太阳极地领域是最小的。

我们甚至可以叫太阳的极地,在“ignorolatitudes”(修改所使用的术语“ignorosphere,大气和空间物理学家描述大气中间层中间离地50 - 85公里,由飞机,无法访问过高,无法访问,航天器,太低)。极地纬度位置在太阳表面由太阳物理学家研究最少,因为似乎没有很多:没有耀斑,没有新的活动中心,等等。然而,这些地区可能在某些方面是同样重要的平衡太阳能磁性,活跃的纬度。太阳磁场的活跃的纬度是一个伟大的来源;然而,极地纬度可能许多太阳能领域的墓地。因此他们应得的,也许,等量的注意。我们不知道真正发生了,除了这些地区最稳定高速太阳风的来源,了解太阳能发电机的关键,作为预测未来的太阳黑子活动和有用的。由于这最后一点,他们请求检查。这些字段是如何理解未来的太阳活动的一个关键组件,而超过99%的太阳物理学家不学习呢?

在高纬度的差距数据之外,威尔科克斯显示了三个太阳能旋转威尔逊山的详细数据,还有一段时间的1802年卡灵顿旋转大约10天,在整个时期似乎缺乏数据,因此错失了约1/3的数据在这个区间。让我们加入这一个事实,即磁像仪可以看到充其量只是太阳的半球可见(通常只有一小部分,最大的清晰),所以天气地图看到太阳的字段显示累积数据显示由许多,许多不同的时间(约10或更多),而不是一个快照在太阳表面,从卫星看太阳从各个角度。知道天文台的工作,一个是局限于使观察不同经度的太阳面对地球,几何是澄清。

此外,这是典型的磁像仪轮廓早在1960年代,即使数据存在,大多数太阳能磁盘,即使观察,仍有足够的信号允许非零等值线显示在一个广泛的太阳表面的一部分。换句话说,在这个数据位于低纬度地区,大部分地区显示零数据不真的因为现在正是零场(虽然太阳的磁场被认为存在局部高疲弱的领域和更大的区域,或接近于零),但是我们可以真的说,视线分裂低于检测水平。这仅仅是观察太阳的纵向场当时太。威尔逊。数学零不太可能在物理学的领域;然而,低于检测能力。

“观察窗口效应。“最后,我们应该如果我们不提以下方面,我们称之为“观察窗口效应。“太阳观测只看到光线从太阳发出的光球,通常,并进入望远镜观察窗口处理。因此,如果太阳表面的区域拥有磁场指向太阳(在特定时间),但这些地区发生躺在黑暗的通道(和太阳有车道相对黑暗;有斑点状阴影的太阳表面由于温度降低(如晶间通道,由于对流模式),那么很可能这个领域意义(对太阳字段)统计,自磁像仪集成线分裂(观察窗)。因此太阳能观察是受“观察者窗口”效果和违规行为在太阳表面亮度,和其他违规行为在其表面的理想球体。

在接下来的文章中,我们首次将休息与地球附近的星际字段相关的问题(而不是观察太阳的表面)。根据Wilcox,太阳几乎单极整个的一个标志,甚至不止一个太阳能旋转从地球上观察到使用太阳的扩展的行星际磁场(IMF)极性从地磁观测解释。这些都是基于一个高度精确的方法,以一己之力,Svalgaard [41]。他的观察表所示1。同样显示磁场旋转显示主要向太阳从1967年5月到1967年10月。相反的情况下发生1987年在太阳附近,当一个旋转,所有远离太阳,体现在地球。2月14日之前和之后的旋转旋转旋转(巴特尔。2098:这些是巴特尔旋转,一个地面地磁编号系统,不同于卡灵顿太阳能编号系统主要使用。威尔逊)显示相同的极性。

让我们添加一些冷水来打击我们的热情与麦克斯韦的散度不一致方程。天真的解释(我们不是Svalgaard)这种向外或向内指示字段的太阳有一个非零的领域。我们这里更加孤立无援,因为真正被观察到Svalgaard是地球磁场在黄道平面。所以,减少集成的表面体积比不完全观测的太阳。威尔逊。这里,我们积累了从地球上观察,当太阳旋转在空间和太阳风进行太阳的领域,但它仍然是一个纬度和经度的观察;几乎没有任何方式集成在一个封闭曲面的积分形式的麦克斯韦方程的要求。使用最后一击的行星际磁场接近地球,做一个好的位置检查来自太阳的行星际磁场散度测试,来自电解珩磨和Svalgaard[的报告42),星际部门报告结构在地球与Rosenberg-Coleman效应密切相关(纬度效应)在地球的领域显示了高度的极性变化与地球heliolatitude有关。这些作者还报告一个不对称的效果,这可能是由于任何的原因;他们提出一个“内部太阳能变异。观察“Rosenberg-Coleman效应在1960年代末。当前表模型水流环绕太阳画报》在70年代早期(25与当前表所示),投影,以及在建模;然而,它从未被称为“芭蕾舞裙”模式,unmathematical但令人回味的画面是最经常被引用的。行星际磁场的空间似乎非常符合没有太阳磁单极子;一个需要领先的术语;当不存在磁单极子,领先的项是一个太阳能偶极子,与高次谐波在内部日冕逐渐脱落的逆半径,直到磁场是“冻结”,符合阿尔芬的理论,太阳风携带扩展太阳磁场进入星际空间,他们观察到宇宙飞船或地球。所以,现在剩下的直接太阳观测。

撇开我们观测的缺点,现在让我们考虑模型的一些行为可能揭示太阳的奇怪的漫游。太阳已经弯曲机,或自杀一个大的游泳池吗?让我们考虑这种表面上违反了麦克斯韦方程之一。嗯,有人可能会认为麦克斯韦有4个著名的方程,和3 4是一个极好的击球率。当然,作为物理学家,我们不能认为。相反,我们被训练承认这四个方程的许多成就,他们帮助狭义相对论的基础,和量子电动力学,最好的测试组方程在物理。所以,我们必须承认这个,一定会与太阳,确实令人费解,但是我们的古典基石保持每个麦克斯韦方程的不可侵犯,尤其是磁单极子,除非自己直接发现,说在宇宙辐射或者在太空,月球是寻找磁单极子(43,44并没有发现磁单极子比地球上的任何搜索更好的程度!所以,我们必须致敬麦克斯韦散度方程在其相应的综合形式,(12),并尝试理解和太阳可能会出错,或行星际磁场,使他们不可靠。

所以,我们认为(12)遵守;然而,太阳仍可能出现从地球上磁单极子如果下面的奇怪行为发生在太阳。即,如果太阳能领域移动以这样一种方式,太阳有一个大的四极矩,所以,虽然,太阳的磁场的散度从地球上看到只提供的错觉因此我们应当考虑麦克斯韦的散度方程是违背了,但太阳的行为给了我们麦克斯韦发散的错觉方程是违背了!这可能会让我们找到一些有趣的事情关于太阳的行为,我们不知道,但前提是我们能理解技巧明星能唤起。

而不是谈论太阳的领域,在这个领域在其表面在每个纬度,等等,它是简单的描述其球面谐波扩张,用勒让德多项式和它们相关的球面谐波,。随着这些都是他们的系数(38),有时施密特正常化用于太阳能和地球物理学,在这种情况下使用和。散度方程,,意味着术语是0,当分析一个封闭曲面。因此我们试图了解太阳能领域如何积累误差,这可能给麦克斯韦的出现分歧方程被关闭。

最简单的方式让太阳给这个外观是一个大型太阳能四极矩(一个强大的存在术语),收益率的球面谐波形式类型(或另一个多极的时刻类型,甚至可以满足;然而,词具有最广泛的赤道对称形式,除了)。图7给出了球面调和函数的几何外形,。这些是最好的理解认识到勒让德多项式垂直节点或0,而在纵向方向,由于正弦和余弦函数的外观形式零,导致水平节点,如图7。当球面谐波秩序是零(中央垂直列图),球面调和函数不依赖于经度和被称为方位对称或带状。当(图中左边和右边对角线),没有零交叉纬度,函数被称为部门。在其他情况下,功能检查球体,他们被称为田形,l管理方格图案的总数。这些函数发生在量子力学和电磁学的仅仅是标准正交表示几何形式。因此他们可能被描述为一种球形傅里叶分析。

很明显,词出现时优先取样赤道太阳能领域。这两个和有一个迹象经度纬度较低(低于~ 45度)因此当优先取样低纬度(失踪高纬度字段完全),人们很容易错误的四极形式的形式。选择的形式在赤道是负的,而是积极的,但系数,数量调整,这样既可以表示一个正面或负面的价值。单极形式完全是向外或向内,统一对所有纬度,而四极形式变化在高纬度签字。因此是那么特别;是统一的一个标志,而所有其他条款有0净散度。所以,如何一个错误四极形式为单极形式?

太阳可能愚弄我们如下。当我们观看太阳从地球时,我们在日面纬度较低。有两种方法我们低估了太阳的极地领域:(1)高纬度地区只显示一个小得多的投影角的余弦角表面正常的观察者),和(2)塞曼分裂大致成正比沿着视线预测领域,提供另一个余弦因素。因为太阳从黄道倾斜7.25度,这个角了大多数只有向地球在一个~ 86.75度角指向地球,这个角的余弦值是0.057。平方值是0.0032,约为0.3%,说明弱极性字段是如何观察,这是最好的情况下,期间一个极是优先面向地球(春季和秋季)。当一个观察太阳,然后试图运行一个最佳“适合”算法(甚至在最好的情况下,当这种算法进行),他们允许一个非零适合磁单极子。此外,通常情况下,错误分析是被忽视的,一个只听到最好的适合”价值。“以这种方式,太阳傻瓜我们,或我们欺骗自己一个太阳能可能存在磁单极子,没有一个真正的误差源的识别。

更明确,所发生的是,四极项(2,0)(见图7)从地球上出现重大在低纬度地区,我们小姐或媒体反号高纬度字段,抵消了低纬度贡献,因为地球样品太阳在低纬度地区优先。因此,太阳有时“看起来像一个单极子。”这样的形式可以足够强大,他们可能会被误认为是一个太阳能单极子?我们不能回去测量太阳的极地领域在1965年或其他时间在这些奇怪的行为出现。我们可能等待他们,但我们必须明白我们可能比1965年更充分的准备。现在,我们可以检查我们的模型,这个模型是否有任何关于太阳能四极矩。当我们开始跑步Quad-Blaster设置为200消除恼人的四极的时刻似乎像一个简洁的方式消除讨厌的字段。即使有这么高的一个值,它不完全移除术语;然而,它大大减少了。

然而,尽管它扼杀单极时刻,也许这是超过太阳,因此也许我们是“把婴儿和洗澡水一起倒掉。”也就是说,或许更现实的太阳能模型将得到包括有些飘,诱导四极矩。我们现在考虑通过运行模型显著降低四极矩。图8显示了我们的模型运行Quad-Blaster设置为0,和四极的字段类型出现(从面板,极地字段相同的符号,和赤道场主要是相反的迹象)。我们注意到有意义的四极术语,从底部面板,显示极地领域,逐渐向上漂移。最后运行、极地领域大致都是积极的和最大的整个运行。很难知道什么是最好的值可能是这四极删除项,或者是否应该存在,这种形式。很明显,如果一个人希望有四极项改善太阳能领域的地图,我们需要知道多少太阳极地领域有所不同。因此,使用这个词,这个模型可能是一个有用的应用程序来比较太阳极地领域的变化,为了更好地理解太阳的奇怪的流浪的极地领域模式!自太阳的极地领域很重要,不仅仅是为了更好的了解太阳能发电机的起源,也是入口点的陆地环境本地银河宇宙射线通量,首次观察到福布希(他20年来波)。这两个主题出现值得未来的科学研究,来自地球和空间。

因此,加强这方面,我们需要知道太阳的极地领域确实,再决定什么是最好的因素是为这个参数。然而,这种缺乏定义只是用来说明这一点我们试图让早些时候,极地字段是在最差观察到磁场在太阳的光球。

在运行我们的模型,我们看到的,除了太阳周期相关不同相的振荡的太阳极地领域(与太阳活动周期有关),偶尔同相漫游的极地领域或正面或负面的领土。有些是和其他人似乎很少见到新现象,出现在这大规模的全球模型。感兴趣的是偶发事件主要在极地地区都有相同的极性,与太阳的赤道附近的一个反极性主要。这有效地描述太阳有一个大的四极矩,术语,对其极轴对称度。人能告诉这是开始发生通过检查极性场图(图一)的向上或向下漂移:当两个极地领域积极的还是消极的,即不对称零。这已经很少看到太阳,主要因为极地领域本身只有很少被观察到,和较差的信心,直到最近。很多时候,极地领域根本没有见过(例如,当一个太阳能杆倾斜远离地球)。将当然好处这样观察卫星测量太阳极地领域从一个有利位置靠近太阳的对面,但坐落与地球通信是可能的。

这些事件支持偶尔的模型的行为明显monopole-like行为,“从黄道地球的角度观察,这是太阳的赤道附近的优先位置。合并模型中的一个术语,称为quad-blaster,也就是一个词倾向于减少太阳的四极矩,但参数只能适度,四极矩仍然由于随机漫步走动自然表面的字段在我们的模型中。如果quad-blaster大于0,名义价值是100,那么这个词往往减少四极矩和倾向于删除任何虚假磁单极子。如果quad-blaster小于0,那么这个词可以放大一个明显的磁单极子,如果quad-blaster = 0,那么没有影响磁单极子。我们想提一个最近的一些新闻在这个问题上支持四极的解释。杨et al。45]观察冠状光环事件;太阳在这方面,经历了一个“四极暗”效应,即它的四极矩变化,符合双相对取向偶极子(例如,两个偶极子的相反的信号消失,会发生在一个复杂的活跃区域,或者当字段连接,如巴布科克的电晕电场线的照片,接近源面积,重新连接),所以整个循环发射进入太空,通过全球范围内重新连接。这表明也许有quad-blaster = 0,可能是一个更好的模型。真的有“最佳模式”需要更好地了解太阳的全球领域,而不仅仅是简单的图片。然而,由理论家太阳观察人士提供一个“格式”,他们能够“压缩”他们的数据。也就是说,我们应该使用和或其他对流固有模式表达太阳的谐波更好?传统的球函数是正交扩展成一个“完整的”系列,如傅里叶的正弦和余弦,除了球函数是3 d的,不是1 d。不过,角形式,考虑太阳的微分旋转和来源的方式从小型磁特性的发展可能产生一些信息被蛮力方法,忽略球函数没有调整。这只是一个建议,可能为进一步研究开门。

这是作者的观点,最好的固有模式的umr Bumba和霍华德(19),加上南北子午运输,类似于王模式和Sheeley建议。这些可能让太阳的字段(加上它改变)被纳入全球模型,这将是太阳,像地球气候的全球模式(即。,Hadley circulation, El Nino Southern Oscillation (ENSO), Arctic Oscillation (AO), planetary waves, and so forth that meteorologists have used to organize the complex terrestrial weather patterns into). For the Sun, we are lucky; the chemical constituency (the equation of state) is governed predominantly by the temperature and pressure via the SAHA equation [46),一个不需要占(除了在光球层上方的大气层,主要)变化的微观化学性质作为一个在地球的大气层,因为混合太阳是如此之大。只需要一个本地状态属性(等),加上边界条件。

太阳的边界条件是更多的问题,因为全球的太阳不是很好理解。这些都是由全球研究:流入(湍流扭矩和压力到光球层;但是恒星模型可以提供这些),流出方程:废水角动量(由太阳风与纬度的流出开放磁力线,等等)。全球太阳需要检查,不仅微观方面。在动荡是由多少能量可延伸的一条河由水量朝着低引力势,所以,最近的降雨影响湍流状态,通过雷诺数。在类似的方式,在太阳大气湍流可能敏感的局部和全局状态其磁性。磁场抑制(47比尔曼]的可能加上水流动力条件(48,49以下列方式)。最初,一个活跃的地区的磁场(AR)可能抑制流;然而,抑制的向外流动太阳能这种方式类似于试图阻止热量逃离沸腾通过将一个小盖子;它通常是不够的,效果是暂时的;能源只是逃在封闭的盖子,在接下来的时尚。锅的例子,能量进入锅中不断增加,直到它最终版本更温柔的方式,例如,与能源更温柔的方式,也许用热蒸汽外漏。太阳的情况下,能量也通过减少泄漏温柔的机制,也就是说,可见,过热气体堵塞和流体绕流喷发,因此热室内气体超越正常的光球,在紫外线和EUV释放能量,等等,从而在更短的波长辐射能量,等等。活跃地区的能源不能含有容易被当地磁场。流就容易转移到另一种途径。任何微不足道的尝试主要向少直接取代流媒体服务,只是更多的动荡和抚养更多的热量低于由于增加湍流模式创建。 Hence the global aspects of a problem involving turbulence cannot be swept under the rug, much as one might wish to.

在讨论不同寻常的太阳能的行为时,该模型的另一个方面,我们认为可能发生或已经发生在太阳,有时极地(偶极子)字段不相反。他们可以趋近于零,似乎要扭转,但接着回来前签名或者他们可能只是短暂的,小逆转之前返回。这种行为似乎并不像我们的太阳能发电机,但我们只有大约一个世纪的观察太阳的领域,开始由乔治·e·黑尔。希望其中一些奇怪的行为会更好理解,如果不切实际,模型将得到改善。

3所示。未来的调查使用这个模型

本节考虑两大方面:太阳能字段映射模型与地球物理的(1)更广泛的方面,也就是说,这些地区受太阳活动的影响:太阳风,通过磁层、电离层和各层在地球的大气层,和(2)物理模型和改进。

使用模式”背后的推理更广泛的地球物理方面”,知道太阳之间的关系作为一个源和一个司机各种日地指数可能有用的分支学科。的核心指数之间的关系,并使用该模型来提高连接只能加强我们的理解和使用这些交互。在本节中,我们提到的这个模型可以研究,通过该模型可以进一步调查,还更多的领域,很可能改善。作者应当高兴地评论,并帮助在可能的情况下,其他事业这样的努力,不仅与这个模型我们称为太阳能领域1.07映射模型,但其他的进步。使用这个模型是有趣的工作,因为Netlogo是这样一个简单的语言项目。

让我们首先讨论使用指数未来方向,全球和日常指标。我们可能需要每日指数表明每日全球指数的计算;然而,通常没有任何简单的转换从一个“全球指数”每天一个,因为每个指标都有其独特的变换的品质,而不是相同的数学结构。更明确,日常指标往往需要一些复杂的权重函数,或在物理太阳能参数和这个过程代表了某种类型的保角映射,例如,辐射传递函数(或另一种类型的)集成在太阳大气参数。色球,这样的参数函数可能photospheric或冠状,但每个索引指的是一个独特的和未知的“映射。“经常这样一个“反转”代表试图找到解决一个“逆”问题的科学。通常不是一个唯一的答案。考虑一个简单的例子:找到地球内部的密度,知道在其表面。这个不能做唯一。如果一个使用任何模型,试图做一个最好的,还有其他的模型,能做的同样好。如果选择一个恒定的密度,确定这是一个解决方案,但也有其他人同样“好”,这个解决方案周围的密度不同,但没有知识是正确的(除非你是“给”,解决方案必须有恒定密度)。甚至解决方案的质量密度地球的中心附近不易排除的只有知识在地表附近。信息属于内部密度结构质量是需要确定的属性,比如使用重力波,通过室内。

同样,太阳能领域映射模型不计算太阳黑子数量,只是领域实体,然后对这些执行简单的统计,使被观察对象,如极地领域(abs-count = n-s-pole计算这可能与极地光斑),或“活动区”,(AR-count)右上角监视器。有大量的日地空间天气参数/指标,太阳能和地球物理学家在试图跟踪监测太阳。当然,最古老的是太阳黑子数,加上海滨和光斑的指数,K指数、钙和光斑的计数。在这之后,有各种地磁指数,如Kp、及其线性补充:据美联社和aa指数。此外,现代可见可能感兴趣,更直接关系到太阳的输出,许多研究人员通常受雇于空间,直接连接到太阳短波长(例如,太阳能EUV、紫外线等)和各种色球参数,Mg II, K2,钙或F10.7,通常用作太阳能EUV代理,和有用的空间轨道阻力的计算,例如,或太阳总辐照度(TSI)。这个列表并不完整。现代更新这些涉及特定光谱观测(太阳),或电离层和大气层(地球),和磁性层的星际区域(空间)可能广泛的方法来考虑本研究的范围。

现在我应当指出的缺点在当前模型,即可能改善,或至少进一步调查。我将列举这些,给简短的识别名称,以提高清晰度,晚些时候在任何讨论。

动量守恒:模型有很多简化的假设;一个是无辜的选择这一领域实体有恒定的速度。这似乎与动量守恒,因为如果外地代理冲突相对于彼此,仍然保持相同的速度,没有保证他们节省动力。这听起来令人不安,但这个问题是真的小当我们考虑任何磁特性在光球层的下端与密集的材料在光球层以下。因此我们可以调用低密度材料吸收磁场紧张使动量守恒。这仍是一个值得进一步调查。

坐标系统:坐标系统可能转化为同等面积天气图配置。这将是这个模型的一个改进;然而,Netlogo并不目前使用这种几何学。

场代理参数:模型如何选择字段可以修改的诞生,还有各种方式他们可能改进或修改这个模型的选择。可能需要一些主要改造其他较小的调整,根据变化的类型。我们的选择影响到外地代理传播远离他们的活跃区。他们的动作结果依赖于初始的随机速度(标题)运动。这显然明显(噪音)元素引入到我们的确定性系统。当然,这意味着噪音不随机而是对初始条件敏感,这意味着它是“混乱”噪声(如洛伦兹第一次调查的天气系统modeling-namely高对初始条件的敏感性)。虽然这是更有吸引力,它还意味着流动,理想情况下我们希望研究,与一定程度的噪音方面的,和一些参数的选择是非常理想的太阳。目前还不清楚有多少量化噪声是太阳的“正确”。

Hale边界活动地区:一个可以考虑而不是增加太阳黑子与随机经度字段,添加在优惠经度与适当的黑尔源表面或电流片中的边界边界映射到太阳。这源于Svalgaard和威尔科克斯50),并支持再次被Svalgaard et al。51]有趣的统计结果表明,活跃的地区不掉随机photospheric经度,纬度虽然他们乐队是定义良好的蝴蝶图到广泛的乐队,但是他们也优先出现当源表面或部门边界与黑尔极性(极性匹配太阳黑子区域)。

观察反馈模型:在这里我们设想把活跃区域的信息,并生成领域投入的实体模型。太阳表面的移动,一个想象的一些比较代理改变位置观测数据。例如,这可能是使用代理获得球面谐波系数,和,常用的球面谐波施密特正常化的地球物理现象;测试和改善的动力场运动,这样计算出的运动与观察到的运动,而不是流模式,这种模式的产量。这些不同的适合在这个模型中,可能导致改进的模型更接近匹配的观察。最初的鸟类的速度可能会降低和/或其他初始化方法添加活跃地区这个模型。例如,真正的活跃区不然而,这个模型,通量平衡吗只有添加字段实体在活跃的地区做通量平衡,所以这显然需要一些”处理。“这可能会导致删除明显错误或发现迄今未知的领域的运动。所以,这是一个成熟的领域准备收获。

的另一个方面是使用实际的新的活跃区域字段,而不是计算机生成的,然后确定大规模字段来自这些地区。这肯定会导致重大的发现。我们也可以更好的学习如何预测太阳活动的变化,比目前我们所做的。

日冕磁场和太阳风的影响:它将是相当大的兴趣确定这些结果会如何反映在日冕磁场模式和运动。一看到封闭和开放的领域可能会改变形式,以及这些变化是否符合什么是观察和引导改善建模方面,还是结果也不同,所以指向模型中一些关键的缺点,它不能恢复的,没有被完全摧毁。

4所示。总结和讨论

我们已经开发出一种算法,通过计算photospheric领域的动作,光球的位置字段。photospheric位置是由目前的程序使用一个伪随机放置在符合各种黑尔开发的“规则”,和其他与太阳活动周期有关,与极地磁场强度等参数,太阳周期阶段,等等。尽管不确定性在我们的模型的算法,我们已经完成了这个通过某些假设让我们找到具体的解决方案太阳表面的运动领域。显然,这是一项大胆的任务,因为字段出现photospheric表面移动,而混乱的方式。还有待观察,在多大程度上解决方案承担任何相似之处观察到太阳能领域的行为。当该模型评估的优势和劣势,随后,一个可能推进方法对提高理解和/或解决方案。可能,当然,这个方法是一个失败,但随后可能会阐明棘手认为本文所包含的思想。

总结模型,photospheric字段映射程序1.07开发使用Netlogo算法涉及细胞自动机的实体。这些实体有两种类型:鸟类物种或品种:蓝知更鸟或者红衣主教,两个签署了磁通的方向,向内或向外。模型跟踪photospheric领域动作,一旦考虑到最初的伪随机放置photospheric领域,基于太阳周期参数:极场幅度,太阳活动周期的阶段,等等。Netlogo的模型在线社区网站,可以运行和/或有进一步开发的感兴趣的用户。作者试图应当可以帮助感兴趣的用户。

模型能够模拟如下:太阳周期振荡,Waldmeier效应,单极磁区域/行业/日冕洞,徘徊最小值,3月/急于两极,或河流的磁极性场逆转之前,太阳有时表现为磁单极子,但最有可能的一种磁四极引起优先在太阳赤道的一个标志。然后我们讨论各种变化/改进计划,我们可能希望看到。

我们感到惊讶,这是简单的模型,许多photospheric现象能够显示没有特定的知识流动深藏在太阳内部;即模型没有访问动态太阳的内部结构(状态变量如密度、压力、温度、成分、电离、磁场分布,全球流动,等与高度及其时间变化)。我们不知道这意味着什么,但仍然为任何偶然的行为感到高兴。至少有两种可能的内部信息。(1)可能是内部信息使其存在已知主要通过光球层的太阳黑子的到来,我们随机,但太阳通过流程没有完全理解,这些新磁通的来源,事实上,“太阳内部信息,允许发电机发生。”(2)这可能是因为表面运动能够“横扫”内部的行为,除了新磁通量喷发的数量和位置,以及Babcock-Leighton磁张力。因此我们的模型横扫其他因素就像地球海洋揭示的海底地形,至少一些海洋波长背后又隐藏着什么秘密。

这些问题我们的模型不理会。然而,由于这是一个讨论,我们进一步考虑第二种可能性,不是因为它是更有可能的是,但是,因为它是不太可能,因此不受欢迎,不知为何,表面“扫到一边”的内部信息。

物理实体如何扫除它的根源吗?它以某种方式离开了光球层表现出一副内部结构很重要。除了海洋类比,有更多的这类行为:黑洞,它被认为,“没有头发定理”国家,高于一个黑洞的视界,只有几个基本属性是觉得“外”由于存在“内”,即,他们的总质量、电荷,和角动量。黑洞内部的内部方面是漠视的,只有最基本的属性是允许“逃离。“罪恶的黑洞视界内埋在这里。

成功当前模型的个人观点如下:任何模型可以考虑体积和合理的边界条件适合周围的表面体积,如果一个正确处理边界条件和物理卷中正确,然后一个不需要考虑,选择以外的物理卷。因此可以漠视的动态字段和太阳内的流动,只要一个包括他们如何影响附近的边界条件选择体积!对于本模型中,所有的光球层的属性是需要提供喷发磁场,然后光球层进行字段在薄层是观察到的可能是我现在的这个模型的理解不正确,或者不同的观点解释了为什么当前的模型作品。我将很乐意听其他解释。

简要总结一下我们现在的观点,类似于早些时候的一些工作(12,13,19太阳能领域的模式。乐团的实体”字段,“当球面上的安排,进行流动的类型我们开出,因此能够旅行模式(19),有时被称为“对流固有模式。“因此自组织行为模式可能会导致表面自然对流的后果。对于太阳,磁场可能允许字段作为为数不多的几个方便的“路径”大规模对流模式可用。表面磁场可以被视为一个太阳能相当于陆地海洋术语“杂物”,在我们之前讨论的类比水手抛弃物质下沉的船,他们希望能得救。同样,气态行星,在云模式发现的化学物质(红色和白色的斑点,颜色的乐队,等等)作为方便的示踪剂,并向下流模式,我们知道水蒸气和它的各种陆地大气气溶胶提供。

整个数学科学领域已经开始在现象发生在新分组,否则是无法解释的。这是一场“自组织临界性”(SOC)。最早的一篇论文在这个领域是贝克et al。52)表明,1 / f噪声可以从SOC发展行为。这种形式的噪声是发生在许多不同的主题:这些研究湍流,宇宙射线,和许多其他领域重要的天体物理学。可能在某些情况下一个物体的表面和其发展可能一定程度上独立于内部支持它。Fey et al。53)发现,例如,在做理论工作在砂桩的渗透模式涉及雪崩,一些开发的一般性质分布形式。

另一方面,这可能是因为光球是独特的在太阳大气。这是一个司机在对流区发生的大部分时间。我们知道恒星的内部不能没有“外边界条件计算。“恒星表面建模条件为恒星提供关键参数模型的内部深处。没有知识的辐射方面的光球层、深层内部不能构造;上边界条件对整个解决方案至关重要。甚至在地球大气层外边界条件是至关重要的。这对明星很重要因为它是地球的大气层。

关于太阳,勃兰登堡et al。54)讨论浅发电机的理论方面,特别是湍流压力如何驱动磁场集中在太阳表面附近。如果是这样,那么自字段是一个主要玩家太阳表面的驾驶,非均质性的表面可能扮演一个角色在提供源变化的平均行为太阳内更深的地方。然而,我们的模型并不区分深度,它似乎揭示迷人的没有问题,如“发生什么,如何表现领域,光球层以下吗?“目前模式,太阳的内部是一个黑盒子。

另外,这种模式似乎揭示关于大规模photospheric运动领域。我们认识到,太阳表面的比计算更复杂的苹果。让我们说,我们希望结束当前的简化模型可以改善,目前,我们鼓励与模型的初步的行为。我们有不精细模型同意与太阳,当然这可能改善其运作;然而,正如我们所说的,我们还不完全知道怎样把地面的时间等同于模型“滴答”时间,因此这将是一个伟大的起点。

我们看到我们的太阳能领域映射模型为契机,让太阳能知识增长,并试图做一个“测试”模式,而不是一个脱离现实。我们早期的工作源面理论(22),我们后来发表的预测55- - - - - -57之前我们的模型的电晕的外观在日食的时候,是“测试”模型与后续观察。因此我们必须努力使我们的理论“测试”,不仅提供秃理论,如果他们住在一个更高的飞机,上面比较现实。如果科学领域采取这个角度来看,我们仍然是生活在以地球为中心的宇宙,和太阳在天空将是一个完美的球体。因此,只有对观察的现实困难,我们可以测试我们对现实的理解。当然,我们看到元胞自动机作为一种处理复杂的非线性行为,太阳显示,并希望这些方法可能使立足点和提高模型更详细的太阳能。

确认

作者欢迎评论从汉斯·迈尔,诺曼·洛克尤金·帕克,列夫Svalgaard。

补充材料

引用

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