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磁気流体シミュレーションを用いた太陽ダイナモの物理機構の解明

利用磁流体动力学模拟阐明太阳能发电机的物理机制

基本信息

批准号：
11J04531
负责人：
堀田英之
金额：
$ 1.22万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2011
资助国家：
日本
起止时间：
2011 至 2013
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-11J04531/
关键词：
太陽ダイナモ磁気流体力学

项目摘要

平成24年度(採用1年目)に、自身で開発した「音速抑制法」を用いて非常に高解像度で現実の太陽に忠実な熱対流をシミュレートした。太陽内部角速度の未解決の問題として、「表面勾配層」があった。日震学の成果により、太陽の表面直下に回転角速度の大きい層があるということが明らかになっておりこの層のことを表面勾配層と呼んでいる。この層の物理機構は、我々の研究の前までは明らかになっていなかった。観測困難な太陽内部の現象なので、その解決は数値計算に頼らざるを得ないが、表面勾配層の数値計算による再現は困難と考えられていた。表面勾配層は、太陽の中で回転の影響をあまり受けない小空間スケール・短時間スケールの乱流が維持しているだろうとこれまでに予測されていた。しかし、太陽の中で小スケールの乱流を分解するには多量の解像度を必要とするので、コストの高い計算となるのである。私の開発した「音速抑制法」では、並列計算機を効率よく使えるためにこれまでに比べ飛躍的に解像度をあげる事が可能になった。この方法を用いて高解像度の太陽対流層計算をおこない世界で初めて、表面勾配層を数値計算によって再現した。また、詳細な解析によってその維持機構を明らかにした。その結果は以下のようであった。回転の影響を受けた乱流が角運動量を運び差動回転を作る。そのことによる平均的なコリオリ力が子午面還流を誘起する。この子午面還流の動径方向の勾配により乱流の性質が変化する。性質の変化した乱流によって運ばれた運動量が表面勾配層の力のバランスに働いているというものである。この成果については、The Astrophysical Journalに投稿した。

In 2004 (1 year old), the "sonic suppression method" was developed and applied to realize the solar thermal current with very high resolution. The unsolved problem of angular velocity in the interior of the sun,"surface coordination layer". The results of helioseismology are as follows: the sun's surface is directly below the surface, the angular velocity of the rotation is large, and the surface is matched with the surface. The physical mechanism of this layer is not clear. Difficulties in measuring the internal phenomena of the sun, solving the numerical problems, and calculating the numerical problems of the surface coordination layer The surface coordination layer is affected by the solar rotation in the small space. The turbulence is maintained in the short time. The resolution of turbulence in the sun is necessary for calculation. The development of the "sonic suppression method" is a parallel computer efficiency method. This method uses high resolution solar convection layer calculation to calculate the initial and surface convection layer values. Detailed analysis of the maintenance mechanism The results are as follows: The influence of rotation on the angular motion of turbulence and differential rotation The average flow rate of the meridian plane is 100%. The nature of turbulence changes due to the matching of the radial direction of the meridian flow. The properties of the turbulent flow and the amount of movement of the surface coordination layer The Astrophysical Journal.