Волновые процессы в плазменной астрофизике

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Обсуждаются теоретические исследования волновых процессов во вращающейся астрофизической плазме. Особое внимание уделено новым теоретическим моделям астрофизической плазмы, таким как магнитогидродинамическое приближение мелкой воды и неупругое приближение наряду с часто применяемым приближением Буссинесска. Помимо традиционного приближения для силы Кориолиса обсуждаются эффекты, вызванные ее нетрадиционным представлением, учитывающим горизонтальную составляющую вращения. Подробно описаны линейные волны в такой плазме и обсуждаются их дисперсионные характеристики. Приведен обзор неустойчивостей в астрофизической плазме вследствие нелинейных эффектов.

About the authors

М. Федотова

Институт космических исследований Российской академии наук

Email: apetrosy@iki.rssi.ru
Россия, Москва

Д. Климачков

Институт космических исследований Российской академии наук

Email: apetrosy@iki.rssi.ru
Россия, Москва

А. Петросян

Институт космических исследований Российской академии наук; Московский физико-технический институт

Author for correspondence.
Email: apetrosy@iki.rssi.ru
Россия, Москва; Россия, Московская обл., Долгопрудный

References

  1. Miesch M.S., Gilman P.A. // Solar Phys. 2004. V. 220. P. 287.
  2. Gilman P.A. // Astrophys. J. Lett. 2000. V. 544. P. L79.
  3. Zaqarashvili T.V., Oliver R., Ballester J.L., Shergelashvili B.M. // Astron. Astrophys. 2007. V. 470. P. 815.
  4. Heng K., Spitkovsky A. // Astrophys. J. 2009. V. 703. P. 1819.
  5. Spitkovsky A., Levin Y., Ushomirsky G. // Astrophys. J. 2002. V. 566. P. 1018.
  6. Inogamov N.A., Sunyaev R.A. // Astron. Lett. 1999. V. 25. P. 269.
  7. Inogamov N.A., Sunyaev R.A. // Astron. Lett. 2010. V. 36. P. 848.
  8. Cho J.Y.K. // Philosophical Transac. Royal Soc. A: Mathematical, Phys. Engineering Sci. 2008. V. 366. P. 4477.
  9. Heng K., Workman J. // Astrophys. J. Supplement Ser. 2014. V. 213. P. 27.
  10. Heng K., Showman A.P. // Ann. Rev. Earth Planetary Sci. 2015. V. 43. P. 509.
  11. Tobias S.M., Diamond P.H., Hughes D.W. // Astrophys. J. Lett. 2007. V. 667. P. L113.
  12. Balk A.M. // Astrophys. J. 2014. V. 796. P. 143.
  13. Карельский К.В., Петросян А.С., Тарасевич С.В. // ЖЭТФ. 2011. Т. 140. С. 606.
  14. Karelsky K.V., Petrosyan A.S., Tarasevich S.V. // Physica Scripta. 2013. V. T155. P. 014024.
  15. De Sterck H. // Phys. Plasmas. 2001. V. 8. P. 3293.
  16. Dellar P.J. // Phys. Plasmas. 2003. V. 10. P. 581.
  17. Zeitlin V. // Nonlinear Processes Geophys. 2013. V. 20. P. 893.
  18. Aristov S.N., Frik P.G. // J. Appl. Mechanics Technical Phys. 1991. V. 32. P. 189.
  19. Карельский К.В., Петросян А.С., Черняк А.В. // ЖЭТФ. 2012. Т. 141. С. 1206.
  20. Карельский К.В., Петросян А.С., Черняк А.В. // ЖЭТФ. 2013. Т. 143. С. 779.
  21. Зельдович Б., Райзер Ю. Физика ударных волн и высокотемпературных явлений. М.: Наука, 1966.
  22. Рождественский Б.Л., Яненко Н.Н. Системы квазилинейных уравнений и их приложения к газовой динамике. М.: Наука, 1968.
  23. Годунов С.К. // Математич. сборник. 1959. Т. 47. С. 271.
  24. Karelsky K.V., Petrosyan A.S., Slavin A.G. // Russian J. Numerical Analysis Mathematical Modelling. 2009. V. 24. № 3. P. 229.
  25. The solar tachocline // Eds. Hughes D.W., Rosner R., Weiss N.O. Cambridge University Press, 2007.
  26. Dikpati M., Gilman P.A. // Astrophys. J. 2001. V. 551. P. 536.
  27. Zaqarashvili T.V., Oliver R., Ballester J.L., Carbonell M., Khodachenko M.L., Lammer H., Leitzinger M., Odert P. // Astron. Astrophys. 2011. V. 532. P. A139.
  28. Braithwaite J., Spruit H.C. // Royal Soc. Open Sci. 2017. V. 4. P. 160271.
  29. Philidet J., Gissinger C., Ligniéres F., Petitdemange L. // Geophys. Astrophys. Fluid Dynamics. 2020. V. 114. P. 336.
  30. Stone J.M., Hawley J.F., Gammie C.F., Balbus S.A. // Astrophys. J. 1996. V. 463. P. 656.
  31. Batygin K., Stanley S., Stevenson D.J. // Astrophys. J. 2013. V. 776. P. 53.
  32. Löptien B., Gizon L., Birch A.C., Schou J., Proxauf B., Duvall Jr. T.L., Bogart R.S., Christensen U.R. // Nature Astron. 2018. V. 2. P. 568.
  33. Dikpati M., Belucz B., Gilman P.A., McIntosh S.W. // Astrophys. J. 2018. V. 862. P. 159.
  34. Böning V.G.A., Hu H., Gizon L. // Astron. Astrophys. 2019. V. 629. P. A26.
  35. Saio H. // Astrophys. J. 1982. V. 256. P. 717.
  36. Sturrock P.A., Bush R., Gough D.O., Scargle J.D. // -Astrophys. J. 2015. V. 804. P. 47.
  37. Wolff C.L. // Astrophys. J. 1998. V. 502. P. 961.
  38. McIntosh S.W., Cramer W.J., Marcano M.P., Lea-mon R.J. // Nature Astron. 2017. V. 1. P. 0086.
  39. Zaqarashvili T.V., Gurgenashvili E. // Frontiers Astron. Space Sci. 2018. V. 5. P. 7.
  40. Gizon L., Fournier D., Albekioni M. // Astron. Astrophys. 2020. V. 642. P. A178.
  41. Dikpati M., Cally P.S., McIntosh S.W., Heifetz E. // Sci. Reps. 2017. V. 7. P. 14750.
  42. Hunter S. Waves in shallow water magnetohydrodynamics: диc. University of Leeds, 2015.
  43. Федотова М.А., Климачков Д.А., Петросян А.С. // Физика плазмы. 2020. Т. 46. С. 57.
  44. Petrosyan A.S., Klimachkov D.A., Fedotova M.A., Zinyakov T.A. // Atmosphere. 2020. V. 11. P. 314.
  45. Karelsky K.V., Petrosyan A.S., Tarasevich S.V. // J. Experimental Theoretical Phys. 2014. V. 119. P. 311.
  46. Климачков Д.А., Петросян А.С. // ЖЭТФ. 2016. Т. 149. С. 965.
  47. Климачков Д.А., Петросян А.С. // ЖЭТФ. 2016. Т. 150. С. 602.
  48. Климачков Д.А., Петросян А.С. // ЖЭТФ. 2017. Т. 152. С. 705.
  49. Klimachkov D.A., Petrosyan A.S. // Phys. Lett. A. 2017. V. 381. P. 106.
  50. Zaqarashvili T.V., Oliver R., Ballester J.L. // Astrophys. J. Lett. 2009. V. 691. P. L41.
  51. Márquez-Artavia X., Jones C.A., Tobias S.M. // Geophys. Astrophys. Fluid Dynamics. 2017. V. 111. P. 282.
  52. Zaqarashvili T. // Astrophys. J. 2018. V. 856. P. 32.
  53. Петвиашвили В.И., Похотелов О.А. Уединенные волны в плазме и атмосфере. М.: Энергоатомиздат, 1989.
  54. Vallis G.K. Atmospheric and Oceanic Fluid Dynamics: Fundamentals and Large-Scale Circulation. Cambridge Univ. Press, 2006.
  55. Zeitlin V. Geophysical fluid dynamics: understanding (almost) everything with rotating shallow water models. Oxford Univ. Press, 2018.
  56. Kaladze T.D., Horton W., Kahlon L.Z., Pokhotelov O., Onishchenko O. // J. Geophys. Res.: Space Phys. 2013. V. 118. P. 7822.
  57. Онищенко О.Г., Похотелов О.А., Астафьева Н.М. // УФН. 2008. Т. 178. С. 605.
  58. Onishchenko O.G., Pokhotelov O.A., Sagdeev R.Z., Shukla P.K., Stenflo L. // Nonlinear Processes Geophys. 2004. V. 11. P. 241.
  59. Dikpati M., Charbonneau P. // Astrophys. J. 1999. V. 518. P. 508.
  60. Dikpati M., Gilman P.A., Chatterjee S., McIntosh S.W., Zaqarashvili T.V. // Astrophys. J. 2020. V. 896. P. 141.
  61. Mandal K., Hanasoge S. // Astrophys. J. 2020. V. 891. P. 125.
  62. Raphaldini B., Raupp C.F.M. // Astrophys. J. 2015. V. 799. P. 78.
  63. Raphaldini B., Medeiros E., Raupp C.F.M., Teruya A.S. // Astrophys. J. Lett. 2020. V. 890. P. L13.
  64. Andersson N., Kokkotas K., Schutz B.F. // Astrophys. J. 1999. V. 510. P. 846.
  65. Lou Y.Q. // Astrophys. J. Lett. 2001. V. 563. P. L147.
  66. Lou Y.Q., Lian B. // Monthly Notices Royal Astron. Soc. 2012. V. 420. P. 2147.
  67. Liang Z.C., Gizon L., Birch A.C., Duvall Jr. T.L. // A-stron. Astrophys. 2019. V. 626. P. A3.
  68. Dikpati M., McIntosh S.W., Bothun G., Cally P.S., Ghosh S.S., Gilman P.A., Umurhan O.M. // Astrophys. J. 2018. V. 853. P. 144.
  69. Lou Y.Q. // Astrophys. J. 2000. V. 540. P. 1102.
  70. Dikpati M., McIntosh S.W. // Space Weather. 2020. V. 18. P. e2018SW002109.
  71. Dikpati M., McIntosh S.W., Wing S. // Frontiers Astron. Space Sci. 2021. V. 8. P. 71.
  72. Kuhn J.R., Armstrong J.D., Bush R.I., Scherrer P. // Nature. 2000. V. 405. P. 544.
  73. Gibson S.E., Vourlidas A., Hassler D.M., Rachmeler L.A., Thompson M.J., Newmark J., Velli M., Title A., McIntosh S.W. // Frontiers Astron. Space Sci. 2018. V. 5. P. 32.
  74. Zaqarashvili T.V., Carbonell M., Oliver R., Ballester J.L. // Astrophys. J. 2010. V. 709. P. 749.
  75. Zaqarashvili T.V., Oliver R., Hanslmeier A., Carbonell M., Ballester J.L., Gachechiladze T., Usoskin I.G. // Astrophys. J. Lett. 2015. V. 805. P. L14.
  76. McIntosh S.W., Leamon R.J., Krista L.D., Title A.M., Hudson H.S., Riley P., Harder J.W., Kopp G., Snow M., Woods T.N., Kasper J.C., Stevens M.L., Ulrich R.K. // Nature Communic. 2015. V. 6. P. 6491 .
  77. Климачков Д.А., Петросян А.С. // ЖЭТФ. 2018. Т. 154. С. 1239.
  78. Федотова М.А., Петросян А.С. // ЖЭТФ. 2020. Т. 158. С. 374.
  79. Yano J.I. // J. Fluid Mechanics. 2017. V. 810. P. 475.
  80. Billant P., Chomaz J.M. // Phys. Fluid. 2001. V. 13. P. 1645.
  81. Lee S., Takada R. // Indiana University Mathematics J. 2017. P. 2037.
  82. Takehiro S. // Phys. the Earth and Planetary Interiors. 2015. V. 241. P. 37.
  83. Takehiro S., Sasaki Y. // Phys. the Earth and Planetary Interiors. 2018. V. 276. P. 258.
  84. Nakagawa T. // Phys. the Earth and Planetary Interiors. 2011. V. 187. P. 342–352.
  85. Berkoff N.A. The Anelastic Approximation: Magnetic Buoyancy and Magnetoconvection: диc. University of Leeds, 2011.
  86. Spiegel E.A., Veronis G. // Astrophys. J. 1960. V. 131. P. 442.
  87. Spiegel E.A., Weiss N.O. // Geophys. Astrophys. Fluid Dynamics. 1982. V. 22. P. 219.
  88. Федотова М.А., Петросян А.С. // ЖЭТФ. 2020. Т. 158. С. 1188.
  89. Fedotova M., Klimachkov D., Petrosyan A. // Universe. 2021. V. 7. P. 87.
  90. Brown B.P., Vasil G.M., Zweibel E.G. // Astrophys. J. 2012. V. 756. P. 109.
  91. Almgren A.S., Bell J.B., Nonaka A., Zingale M. // Computing Sci. Engineering. 2009. V. 11. P. 24.
  92. Batchelor G.K. // Quarterly J. Royal Meteorological Soc. 1953. V. 79. P. 224.
  93. Charney J.G., Ogura Y. // J. Meteorological Soc. Japan. Ser. II. 1960. V. 38. P. 19a.
  94. Gough D.O. // J. Atmospheric Sci. 1969. V. 26. P. 448.
  95. Bannon P.R. // J. Atmospheric Sci. 1996. V. 53. P. 3618.
  96. Calkins M.A., Julien K., Marti P. // Proceed. Royal Soc. A: Mathematical, Phys. Engineering Sci. 2015. V. 471. P. 20140689.
  97. Paolucci S. // NASA STI/Recon Technical Report N. 1982. V. 83. P. 26036.
  98. Botta N., Klein R., Almgren A. Dry atmosphere asymptotics. Potsdam Inst. for Climate Impact Research, 1999.
  99. Klein R. et al. // J. Engineering Mathemat. 2001. V. 39. P. 261.
  100. Braginsky S.I., Roberts P.H. // Geophys. Astrophys. Fluid Dyn. 1995. V. 79. P. 1.
  101. Glatzmaier G.A., Roberts P.H. // Physica D: Nonlinear Phenomena. 1996. V. 97. P. 81.
  102. Olson P., Christensen U.R. // Earth Planetary Sci. Lett. 2006. V. 250. P. 561.
  103. Jones C.A., Kuzanyan K.M., Mitchell R.H. // J. Fluid Mechanics. 2009. V. 634. P. 291.
  104. Gilman P.A., Glatzmaier G.A. // Astrophys. J. Supplement Ser. 1981. V. 45. P. 335.
  105. Yadav R.K., Bloxham J. // Proceed. National Academy Sci. 2020. V. 117. P. 13991.
  106. Glatzmaier G.A. // J. Computational Phys. 1984. V. 55. P. 461.
  107. Lantz S.R., Fan Y. // Astrophys. J. Supplement Ser. 1999. V. 121. P. 247.
  108. Miesch M.S., Elliott J.R., Toomre J., Clune T.L., Glatzmaier G.A., Gilman P.A. // Astrophys. J. 2000. V. 532. P. 593.
  109. Brun A.S., Miesch M.S., Toomre J. // Astrophys. J. 2004. V. 614. P. 1073.
  110. Brown B.P., Browning M.K., Brun A.S., Miesch M.S., Toomre J. // Astrophys. J. 2008. V. 689. P. 1354.
  111. Brown B.P., Miesch M.S., Browning M.K., Brun A.S., Toomre J. // Astrophys. J. 2011. V. 731. P. 69.
  112. Smolarkiewicz P.K., Charbonneau P. // J. Computational Phys. 2013. V. 236. P. 608.
  113. Fedotova M., Klimachkov D., Petrosyan A. // Monthly Notices Royal Astronom. Soc. 2022. V. 509. P. 314326.
  114. Должанский Ф. Основы геофизической гидродинамики. Litres, 2018.
  115. Showman A.P., Tan X., Parmentier V. // Space Sci. Rev. 2020. V. 216. P. 1.
  116. Онищенко О.Г., Похотелов О.А., Астафьева Н.М., Хортон В., Федун В.Н. // УФН. 2020. Т. 190. С. 732.
  117. Zaqarashvili T.V., Albekioni M., Ballester J.L., Bekki Y., Biancofiore L., Birch A.C., Dikpati M., Gizon L., Gurgenashvili E., Heifetz E., Lanza A.F., McIntosh S. W., Ofman L., Oliver R., Proxauf B., Umurhan O.M., Yellin-Bergovoy R. // Space Sci. Rev. 2021. T. 217. C. 1.
  118. Незлин М.В. Вихри Россби и спиральные структуры: Астрофизика и физика плазмы в опытах на мелкой воде. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1990.
  119. Raymond D.J. Physics 589 – Geophysical Fluid Dynamics. Wave modes of a resting atmosphere. Chapter 3: Sound, Inertia-Gravity Waves, and Lamb Waves // Physics Internal Website. http://kestrel.nmt.edu/raymond/classes/ph589/notes/ssmodes/ssmodes.pdf.
  120. Goldstein J., Townsend R.H.D., Zweibel E.G. // Astrophys. J. 2019. V. 881. P. 66.
  121. Newell A.C. // J. Fluid Mechanics. 1969. V. 35. P. 255.
  122. Ostrovsky L. Asymptotic perturbation theory of waves. World Scientific, 2014.
  123. D. Craik Wave interactions and fluid flows. Cambridge: Univ. Press, 1988.

Supplementary files


Copyright (c) 2023 М.А. Федотова, Д.А. Климачков, А.С. Петросян

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies