Tähtien magneettinen aktiivisuus; 6. luento SMF mallit: ennustaminen 1

Transkriptio

1 Tähtien magneettinen aktiivisuus; 6. luento SMF mallit: ennustaminen 1 Ennustaminen aktiivisuusindikaattorien mukaan esim. mutta aina kaikki ei ole sitä miltä näyttää (Jaan Peltin aikasarja analyysikurssi tänä keväänä!!!)

2

3

4 SMF mallit: ennustaminen 1 Ennustaminen aktiivisuusindikaattorien mukaan jos syklit tulkitaan spatio temporaalisena dynamoaaltona, voidaan ne erottaa toisistaan paremmin Schwabe syklin pituus keskimäärin P = a Gleisberg sykli näkyy selvemmin, PG 8.56 P Ekvaattori napasuuntaiset aallot, N S asymmetria Syklien välinen aikaero näyttää määräävän syklin tyypin mitä pienempi aikaväli, sitä epäsäännöllisempi sykli syklin aikaväli hyvin lyhyt > 23:n pitäisi olla epäsäännöllinen muut ennusteet: vähintään 3 vuotta sykliä pitää kulua ennenkuin ennusteet luotettavia; tästä ennuste heti syklin alkamisesta

5 SMF mallit: ennustaminen 2 Flux transport mallit Auringon aktiivisuuden ennustamisessa Dikpati & Gilman, 2006, ApJ Niille sykleille, joille havaitut pilkkualat olemassa, ns. katkaistu malli: pinnan lähdetermi korvataan pakotus termillä. Kaikki syklit pakotetaan samanpituisiksi vastaamaan meridionaalisen sirkulaation aiheuttamaa sykliä (10.75a) Ennustettaville sykleille pintalähde nollataan > yksi sykli tai koko BL malli käännetään päälle > noin kaksi sykliä Ennustaa syklin 24 olevan voimakkain viiteenkymmeneen vuoteen

6

7 SMF mallit: ennustaminen 3 Flux transport mallit Auringon aktiivisuuden ennustamisessa Jiang, Chatterjee & Choudhuri, 2007, submitted to MNRAS magneettikentän voimakkuus navalla syklin minimin aikaan korreloi voimakkaasti seuraavan syklin amplitudin kanssa dynamomallin antamaa kenttää minimissä korjataan havainnosta saadulla napakentän voimakkuutta kuvaavalla suureella dipolimomentti (olemassa vain muutama mittaus) suorat mittaukset napa alueen magneettikentästä minimin aikana, joilla mallin kenttää korjataan mallin muisti kaksi sykliä sykli 24 on erittäin heikko

8

9 SMF mallit: ennustaminen 4 Bushby & Tobias, 2007 Voiko Auringon aktiivisuutta yleensäkään ennustaa SMF:llä? Auringon globaali aktiivisuus on periodinen systeemi, jossa ei periodinen moduulatio, jonka amplitudi suuri vrt. periodisen osan amplitudi Maunderin minimi Matemaattisesti modulaatio joko stokastinen (satunnainen prosessi joka tapahtuu pienemmässä mittakaavassa kuin MF), lineaarinen deterministinen (MF kuvaus OK), epälineaarinen Flux transport malli, jossa meridionaalista sirkulaatiota häiritään stokastisesti: jo matala amplitudinen häiriö aiheuttaa ennustamiskyvyn katoamisen

10 SMF mallit: ennustaminen 5 Bushby & Tobias, 2007 Interface dynamomalli, jossa epälineaarisuus aiheutuu suuren mittakaavan Lorentz voimasta vaikka prosessi deterministinen, ratkaisut kaoottisia, ja sekä pitkän että lyhyen aikavälin ennustukset mahdottomia Summa summarum: MF mallit huonoja ennustustyökaluja Mallit, jossa dynaaminen efekti helisiteettifluksi on sidottava havaintoihin joka tapauksessa Malleissa syklin pituus ei riipu helisiteettifluksin voimakkuudesta mitä voimakkaampi fluksi, sitä voimakkaampi sykli systemaattisia CME havaintoja vain runsaan syklin verran (SOHO LASCO); epäsuorat menetelmät? korkean diffuusion malli > lyhyt muisti

11 Hajoita ja hallitse 1 Lokaalit mallit: turbulenttiset korrelaatiot paikallisesti 3D:ssa rotaation funktiona (IY: ja, RY: ja N, EY: ) Ossendrijver et al. 2001, 2002, Käpylä et al (kolmen paperin sarja): tensorin kaikki 9 komponenttia lineaarisella alueella imposed field menetelmällä magneettikenttä heikko sillä ei saa olla gradientteja; kentän nollaus, jos gradientteja syntyy FOSA/SOCA + isotrooppinen ei peilisymmetrinen turbulenssi:

12 Hajoita ja hallitse 2 FOSA/SOCA + anisotrooppinen ei peilisymm. turbulenssi Toimivatko nämä konvektiosimulaatioissa?

13 Hajoita ja hallitse 3 efekti (rotaation funktiona) on voimakkaasti anisotropinen horisontaalinen ( ) kasvaa monotonisesti rotaation funktiona vertikaalinen ( rr) tyrehtyy efekti ja aniso FOSA/SOCA kvalitatiivisesti samankaltaisia, kun rotaatio ei ole kovin voimakas nopea rotaatio, malli poikkeaa huomattavasti ennusteesta paperi I: S navalla

14 Hajoita ja hallitse 4 efekti (B0:n funktiona) imposed uniform field epälineaarinen alue suljetut reunat katastrofinen tyrehtyminen paperi I: S navalla

15 Hajoita ja hallitse 5 efekti eri latitudeilla ja rotaation funktiona; S puolisko (paperi III) Hidas rotaatio: cos profiili, maksimi navoilla Nopea rotaatio, maksimi noin 30 :n merkki odotettu miinus (S) rr vaihtaa merkkiä positiivisesta negatiiviseen kun rotaatio kasvaa FOSA/SOCA kelvollinen pienellä rotaatiolla Co=1 Co=10

16 Hajoita ja hallitse 6 efekti eri latitudeilla ja rotaation funktiona; S puolisko (paperi III) turbulenttinen pumppaus, efektin off diagonals Latitudinaalinen kohdistuu aina ekvaattoria kohti Longitudinaalinen efekti pyörimistä vastaan, pieni magnitudi Radiaalinen pumppaus suurimmaksi osaksi kohti konvektiokerroksen pohjaa

17 Hajoita ja hallitse 7 Käpylä et al. 2004: ja rotaation ja latitudin funktiona käytännössä samanlaisia laskuja kuin papers I, II, III, mutta nyt tarkastellaan Reynoldsin jännityksiä <uiuj> ja turbulenttista lämmönsiirtoa, jota kuvaa tensori <uit>

18 Hajoita ja hallitse 8 Käpylä et al. 2004: ja rotaation ja latitudin funktiona H=horisontaalinen eli latitudinaalinen V=vertikaalinen eli radiaalinen lisäksi meridionaalista sirkulaatiota generoi Reynoldsin jännitysten komponentti Mallilaskuissa generoituu keskimääräisiä nopeuksia, joilla lisäksi gradientteja > diffusiivinen kontribuutio Näitä on hankala nollata analogisesti magneettikentän gradientteihin, koska virtaus häiriintyy Imposed flow gradients, jotta diffusiivinen kontribuutio saatiin eliminoitua

19 Hajoita ja hallitse 9 Käpylä et al. 2004: latitudinaalisen diff.rotaation generointi Co=1 Co=10

20 Hajoita ja hallitse 10 Käpylä et al. 2004: radiaalisen diff.rotaation generointi Co=1 Co=10

21 Hajoita ja hallitse 11 Käpylä et al. 2004: meridionaalisen sirkulaation generointi Co=1 Co=10

22 Hajoita ja hallitse 12 Käpylä et al. 2004: H ja V kertoimet rotaation funktiona

23 Hajoita ja hallitse 13 Käpylä et al. 2004: turbulenttinen lämmönsiirto selkeä radiaalinen siirto ulospäin magnitudi pienenee profiili ei muutu selkeästi tehokkaampaa navalla kuin ekvaattorilla latitudinaalinen siirto heikompi ja trendi epäselvä

24 Hajoita ja hallitse 14 Karkeat lokaalit 3D kartat globaaleihin malleihin Aksisymmetrisiä kinemaattisia MF malleja runsas määrä, esim. MEFISTO Käpylä et al. (2006) AN: kun lokaalien mallien antamat ja :t MF malliin, Auringon syklin pääpiirteet mahdollista toistaa, kun mukana on meridionaalinen sirkulaatio Eiaksisymmetrisiä MF malleja muutama Useita dynamiikan sisältäviä MF malleja (esim. MEFISTO), eiaksisymmetrisiä muutama; Taylor Proudman tasapaino Termodynamiikan sisältäviä MF malleja muutama, eiaksisymmetrisiä ei yhtään; TӒRKEӒ!!!!

25 Harjoitus Jiang, Chatterjee & Choudhuri (2007) malli perustuu ajatukseen, etta edellisen syklin BL mekanismin tuottama poloidinen kenttä 1. advektoituu navoille tuottamaan minimin aikana havaitun kentän että 2. diffusoituu takokliiniin, jossa se vahvistuu differentiaalirotaation vaikutuksesta ja noustessaan vahvistettuna pinnalle aiheuttaa uuden syklin. Kuinka voimakas diffuusion on oltava, että tämä prosessi ehtii tapahtua? Miten tämä arvo suhtautuu MLT:n antamiin arvoihin, klassillisten ja flux transport dynamomallien olettamiin arvoihin? 2. Dikpati & Gilman (2006) malli on tyypillinen flux transport malli, jossa alhainen diffuusio. Kuinka pitkä on näiden mallien diffuusiomuisti? 2. Haluat määrittää magneettisen diffuusio tensorin lokaaleista konvektiosimu laatioista imposed field menetelmällä. Millaisia laskuja joudut tekemään?