Tähtien magneettinen aktiivisuus; 3. luento Dynamoteoria 1

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

Tähtien magneettinen aktiivisuus; 1. luento

Tähtien magneettinen aktiivisuus, 5. luento Differentiaalirotaatio ja Auringon dynamomallit

Koronan massapurkaukset ja niiden synty. Sanni Hoilijoki Teoreettisen fysiikan syventävien opintojen seminaari

7. Differentiaalimuotoinen jatkuvuusyhtälö. KJR-C2003 Virtausmekaniikan perusteet

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I

Matriisilaskenta Luento 8: LU-hajotelma

Varatun hiukkasen liike

Varatun hiukkasen liike

MS-A0305 Differentiaali- ja integraalilaskenta 3 Luento 10: Stokesin lause

Tiera Laitinen Aurinko Maa-kytkennän tutkijaseminaarissa Helsingin yliopistossa

Liike pyörivällä maapallolla

Numeeriset menetelmät TIEA381. Luento 6. Kirsi Valjus. Jyväskylän yliopisto. Luento 6 () Numeeriset menetelmät / 33

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I. Datan käsittely. Jyri Lehtinen. kevät Helsingin yliopisto, Fysiikan laitos

Numeeriset menetelmät

Integrointialgoritmit molekyylidynamiikassa

763306A JOHDATUS SUHTEELLISUUSTEORIAAN 2 Ratkaisut 4 Kevät 2017

Chapter 1. Preliminary concepts

KJR-C2003 Virtausmekaniikan perusteet, K2017 Tentti, perjantai klo 12:00-16:00 Lue tehtävät huolellisesti. Selitä tehtävissä eri vaiheet.

Pyörivän sähkökoneen jäähdytys

MS-A0202 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 (SCI) Luento 4: Ketjusäännöt ja lineaarinen approksimointi

Lectio Praecursoria: Epälokaali epälineaarinen potentiaaliteoria ja fraktionaaliset integraalioperaattorit

MS-A0205/MS-A0206 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 Luento 6: Ääriarvojen luokittelu. Lagrangen kertojat.

Differentiaali- ja integraalilaskenta 3 Harjoitus 4/ Syksy 2017

Numeeriset menetelmät TIEA381. Luento 8. Kirsi Valjus. Jyväskylän yliopisto. Luento 8 () Numeeriset menetelmät / 35

Identifiointiprosessi

PHYS-C6360 Johdatus ydinenergiatekniikkaan (5op), kevät 2016

Reuna-arvotehtävien ratkaisumenetelmät

Matematiikan tukikurssi, kurssikerta 4

Nyt n = 1. Tästä ratkaistaan kuopan leveys L ja saadaan sijoittamalla elektronin massa ja vakiot

Luento 10: Optimointitehtävien numeerinen ratkaiseminen; optimointi ilman rajoitusehtoja

Lineaarikuvaukset. 12. joulukuuta F (A r ) = F (A r ) r .(3) F (s) = s. (4) Skalaareille kannattaa määritellä lisäksi seuraavat tulot:

(a) Potentiaali ja virtafunktiot saadaan suoraan summaamalla lähteen ja pyörteen funktiot. Potentiaalifunktioksi

Chapter 5. Life in the Slow Lane: The Low Reynolds-Number World

Johdatus tilastotieteeseen Estimointi. TKK (c) Ilkka Mellin (2005) 1

Likimääräisratkaisut ja regularisaatio

HARJOITUS- PAKETTI A

Luku 4. Derivoituvien funktioiden ominaisuuksia.

Kuva 1: Funktion f tasa-arvokäyriä. Ratkaisu. Suurin kasvunopeus on gradientin suuntaan. 6x 0,2

BM20A0900, Matematiikka KoTiB3

CFD:n KEHITTÄMISTARPEET JA KEHITTÄMISMAHDOLLISUUDET VTT:n NÄKEMYKSIÄ. Lars Kjäldman CFD kehitysseminaari

Analogiapiirit III. Keskiviikko , klo , TS128. Operaatiovahvistinrakenteet

MS-A0305 Differentiaali- ja integraalilaskenta 3 Luento 3: Vektorikentät

16. Tähtijoukot Tähtiassosiaatiot. Avoimet tähtijoukot tähteä esim Seulaset, Hyadit, Praesape (M44-kuva)

Havaitsevan tähtitieteen pk I, 2012

FORD ST _ST_Range_V2_ MY.indd FC1-FC3 27/06/ :24:01

17. Pyörivät virtauskoneet. KJR-C2003 Virtausmekaniikan perusteet

FYSIIKAN LABORATORIOTYÖT 2 MAGNEETTIKENTTÄTYÖ

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I, kevät Luento 2, : Ilmakehän vaikutus havaintoihin Luennoitsija: Jyri Näränen

Johdatus vaihtosähköön, sinimuotoiset suureet. DEE Piirianalyysi Risto Mikkonen

Luento 9: Yhtälörajoitukset optimoinnissa

766334A Ydin- ja hiukkasfysiikka

Estimointi. Estimointi. Estimointi: Mitä opimme? 2/4. Estimointi: Mitä opimme? 1/4. Estimointi: Mitä opimme? 3/4. Estimointi: Mitä opimme?

Alityypitys. TIES542 Ohjelmointikielten periaatteet, kevät Antti-Juhani Kaijanaho. Jyväskylän yliopisto Tietotekniikan laitos

KJR-C2003 Virtausmekaniikan perusteet, K2017 Tentti, pe :00-17:00 Lue tehtävät huolellisesti. Selitä tehtävissä eri vaiheet.

f(x 1, x 2 ) = x x 1 k 1 k 2 k 1, k 2 x 2 1, 0 1 f(1, 1)h 1 = h = h 2 1, 1 12 f(1, 1)h 1 h 2

Satunnaislukujen generointi

5 OMINAISARVOT JA OMINAISVEKTORIT

4. Tietokoneharjoitukset

läheisyydessä. Piirrä funktio f ja nämä approksimaatiot samaan kuvaan. Näyttääkö järkeenkäyvältä?

Valomylly. (tunnetaan myös Crookesin radiometrinä) Pieni välipala nykyisin lähinnä leluksi jääneen laitteen historiasta.

1. Lähes neutraali rajakerros. 2. Epästabiili rajakerros. 3. Stabiili rajakerros

Magneettikenttä. Liikkuva sähkövaraus saa aikaan ympärilleen sähkökentän lisäksi myös magneettikentän

MS-A0204 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 (ELEC2) Luento 7: Pienimmän neliösumman menetelmä ja Newtonin menetelmä.

Ei välttämättä, se voi olla esimerkiksi Reuleaux n kolmio:

279.4 mm. k j i mm. measurements mm. (In a testcase Ω < 0)

Suprajohteet. 19. syyskuuta Syventävien opintojen seminaari Suprajohteet. Juho Arjoranta

53714 Klassinen mekaniikka syyslukukausi 2010

Fysiikka 7. Sähkömagnetismi

MS-A0305 Differentiaali- ja integraalilaskenta 3 Luento 9: Greenin lause

Kun järjestelmää kuvataan operaattorilla T, sisäänmenoa muuttujalla u ja ulostuloa muuttujalla y, voidaan kirjoittaa. y T u.

Tilastollisen analyysin perusteet Luento 3: Epäparametriset tilastolliset testit

sähköverkossa Suprajohtavan käämin suunnitteluperiaatteita eri käämigeometriat (Cont,) 1 Suprajohtavuus sähköverkossa Risto Mikkonen

Muodonmuutostila hum

Pienimmän Neliösumman Sovitus (PNS)

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

3. Teoriaharjoitukset

Lyhyt johdatus kvanttiturbulenssiin

REAKTIONOPEUS IHMISKEHOSSA TUTKIMUKSELLINEN TYÖ YLÄKOULULAISILLE

Kyösti Ryynänen Luento

9 Maxwellin yhtälöt. 9.5 Aaltoyhtälö ja kenttien lähteet Aaltoyhtälö tyhjössä Potentiaaliesitys Viivästyneet potentiaalit

Potentiaali ja sähkökenttä: pistevaraus. kun asetetaan V( ) = 0

MS-C1340 Lineaarialgebra ja

Luento 10: Työ, energia ja teho

MS-C1340 Lineaarialgebra ja differentiaaliyhtälöt

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I. Spektroskopia. Jyri Lehtinen. kevät Helsingin yliopisto, Fysiikan laitos

815338A Ohjelmointikielten periaatteet Harjoitus 7 Vastaukset

Harjoitus 6 ( )

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

Ydin- ja hiukkasfysiikka 2014: Harjoitus 5 Ratkaisut 1

1. Lähes neutraali rajakerros. 2. Epästabiili rajakerros. 3. Stabiili rajakerros

Harjoitus 4: Matlab - Optimization Toolbox

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I. Ilmakehän vaikutus havaintoihin. Jyri Lehtinen. kevät Helsingin yliopisto, Fysiikan laitos

MS-A0204 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 (ELEC2) Luento 6: Ääriarvojen luokittelu. Lagrangen kertojat.

Käyttämällä annettua kokoonpuristuvuuden määritelmää V V. = κv P P = P 0 = P. (b) Lämpölaajenemisesta johtuva säiliön tilavuuden muutos on

f(x, y) = x 2 y 2 f(0, t) = t 2 < 0 < t 2 = f(t, 0) kaikilla t 0.

23 VALON POLARISAATIO 23.1 Johdanto Valon polarisointi ja polarisaation havaitseminen

7.4 Fotometria CCD kameralla

Numeeriset menetelmät

Transkriptio:

Tähtien magneettinen aktiivisuus; 3. luento Dynamoteoria 1 Yleisesti: etsitään sellaisia (1):n ratkaisuja, joissa valittu/dynaamisesti ratkaistu nopeuskenttä ylläpitää magneettikenttää diffuusiota vastaan Kinemaattinen dynamo: valittu, staattinen nopeuskenttä, joka ei riipu magneettikentästä Epälineaarinen dynamo: voimakkaan magneettikentän takaisinkytkentä nopeuskenttään Laminaarinen dynamo: ei turbulenssia, laajan mittakaavan liikkeet Turbulenttinen dynamo: toiminta perustuu turbulenssin olemassaoloon

Dynamoteoria 2: Antidynamoteoriat Yleisesti: etsitään sellaisia (1):n ratkaisuja, joissa dynamo ei toimi Cowling (1934): aksiaalisymmetristä dynamoa ei ole olemassa (todistus esim. Mestel s. 187 192) useita variaatioita kehitettiin Bullard & Gelman (1954): kappaleen pyöriminen, vaikka kuinka differentiaalista, ei saa aikaan dynamoefektiä > varhainen dynamopessimismi... kunnes toimivia dynamoja alkoi löytyä esim. Herzenberg dynamo useita muita toimivia lam.kin.dynamoja, mutta nopeuskentät epärealistisia

Mestel s. 188

Mestel s. 197

Dynamoteoria 3 Toroidinen poloidinen esitystapa selventää aksisymmetrisen dynamon ongelmaa Magneettikentälle esitys (19) Differentiaalirotaatio (20) (21) (22)

Dynamoteoria 4: Parkerin malli Differentiaalirotaatio muuntaa poloidista kenttää toroidiseksi Poloidista kenttää ei tuota mikään; pelkkä diffuusiotermi > hajoaa eksponentiaalisesti Koska poloidinen kenttä hajoaa, hajoaa myös toroidinen Parker (1955): turbulenttinen konvektio pyörivässä tähdessä (Coriolis voima) aiheuttaa tarvittavan eiaksiaalisymmetrian

Mestel s. 202

efekti: Dynamoteoria 5: Parkerin malli toroidinen kenttä muuntuu poloidiseksi osallistuu myös toroidisen kentän generointiin antisymmetrinen (N+, S, cos ) pienet poloidiset luupit yhdistyvät isoiksi luupeiksi: turbulenttinen diffuusio >> mikroskooppinen (23) (24)

Dynamoteoria 6: Parkerin malli Dynamoluku (25) Jos D < 0 ekvaattorisuuntainen migraatio Jos D > 0 napasuuntainen migraatio Pieni demonstraatio MEFISTO koodilla =C r =C cos 1.C =1.5, C =1000 D = 1500 2.C =1.5, C = 1000 D = 1500

Dynamoteoria 7: mean field electrodynamics Parkerin malli skemaattinen, matemaattinen formulointi Potsdamissa: Krause, Rädler, Steenbeck et al. scale separation: L turb << L field mean field electrodynamics, kinematic case FOSA SOCA + simple turbulence theory field evolution at scale L field statistical propoerties of turbulence at scale L turb (26) (27) (28)

(29) (30) Jotta (27) voidaan ratkaista, on tunnettava, joka saadaan ratkaisemalla (28) FOSA tai SOCA: kun Rm << 1 tai St << 1, G on häviävän pieni ja voidaan jättää huomiotta 1. ehto ei todellakaan täyty tähdissä 2. ehto, St 1 havainnoista ja konvektiosimulaatioista erittäin yleisesti käytetty approksimaatio, :lle eksplisiittinen esitys ja pseudotensoreita, jotka ovat turbulenttisen nopeuskentän statistisia (31) ominaisuuksia ja riippumattomia B:sta 8

olemassa muita closure malleja, joissa otetaan huomioon korkemmat korrelaatiot (esim. minimal approksimaatio) Turbulenssimalli: heikosti tai pseudo isotrooppinen turbulenssi rotaatioinvariantti, mutta ei peilisymmetrinen Coriolisvoima aiheuttaa ei peilisymmetriaa ekvaattorin suhteen pseudotensorit ja turbulenttinen emf saadaan muotoon (32) (33) pseudoskalaari, skalaari (34) (35) 9

Erilaiset turbulenssimallit (rotaatio, stratifikaatio, voimakkaat magneettikentät), yleisesti Erilaiset closure mallit EDQNM (more complicated precursor of ) minimal : triple correlations kept (36) (37) (38) Erilaiset :aa ja :aa generoivat turbulenttiset prosessit, esim. incoherent -effect Vichniac Cho flux shear current effect (...) 10

Numeeriset konvektiosimulaatiot lokaaleja 3D malleja turbulenttiset korrelaatiot lasketaan konvektiivisesta fluidista imposed weak field method test field method low Re,Rm for numerical reasons > lelu malleja 11

Dynamoteoria 12: Epälineaarinen alue MF induktioyhtälön ratkaisut kasvavat rajatta eksponentiaalisesti ei realistista, koska voimakkaat kentät vaikuttavat takaisin nopeuskenttään Lorentz voiman kautta turbulenssi heikkenee efekti heikkenee kenttä saturoituu; klassillinen parametrisaatio: (39) pienen mittakaavan dynamo generoi nopeasti voimakkaan pienen mittakaavan kentän, jolloin (flux freezing, kinematic) catastrophic quenching (40)

Dynamoteoria 13: Epälineaarinen alue Numeeriset simulaatiot: (40):n mukaisia tuloksia useissa malleissa Helisiteetin säilymislain merkitys laajan mittakaavan dynamo tuottaa magneettista helisiteettiä koska magneettinen helisiteetti säilyy, laajan mittakaavan helisiteetin generoitumisesta seuraa, että pienessä mittakaavassa generoituu vastaava määrä erimerkkistä helisiteettiä dynamo toimii nopeammin ja tehokkaammin, jos dynamo pääsee eroon roska helisiteetistä (41) (42)

Dynamoteoria 14: Epälineaarinen alue Jos helisiteettifluksia ei ole, kasvu resistiivisessä aikaskaalassa (liian hidas) ja amplitudi liian alhainen CME tyyppiset ilmiöt: voivat tarjota tarvittavan fluksin; mallit vasta kehitteillä Parker model D<0 classical quenching dynamical

Harjoitus 3: 1. Johda induktioyhtälö toroidiselle ja poloidiselle kentälle, olettaen, että virtaus on laminaarinen, differentiaalisesti pyörivä ja Rm >> 1. 2. Auringon rotaatioprofiili tunnetaan helioseismologiasta (etsi kuva netistä). Millaiset ovat Parkerin mallin ennustamat dynamoratkaisun migraatio ominaisuudet, jos käytetään havaintojen mukaista radiaaliprofiilia? 3. Johda MF induktioyhtälö (27) Reynoldsin sääntöjen avulla