LINEAR PERTURBATIONS OF THE BLOCH TYPE OF SPACE-PERIODIC MAGNETOHYDRODYNAMIC STEADY STATES. II. NUMERICAL RESULTS

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

We consider Bloch eigenmodes of three linear stability problems: the kinematic dynamo problem, the hydrodynamic and MHD stability problem for steady space-periodic flows and MHD states comprised of randomly generated Fourier coefficients and having energy spectra of three types: exponentially decaying, Kolmogorov with a cut off, or involving a small number of harmonics (“big eddies”). A Bloch mode is a product of a field of the same periodicity as the perturbed state and a planar harmonic wave, exp(iq · x). Such a mode is characterized by the ratio of spatial scales which, for simplicity, we identify with the length |q| < 1 of the Bloch wave vector q. Computations have revealed that the Bloch modes, whose growth rates are maximum over q, feature the scale ratio that decreases on increasing the nondimensionalized molecular diffusivity and/or viscosity from 0.03 to 0.3, and the scale separation is high (i.e., |q| is small) only for large molecular diffusivities. Largely this conclusion holds for all the three stability problems and all the three energy spectra types under consideration. Thus, in a natural MHD system not affected by strong diffusion, a given scale range gives rise to perturbations involving only moderately larger spatial scales (i.e., |q| only moderately small), and the MHD evolution consists of a cascade of processes, each generating a slightly larger spatial scale; flows or magnetic fields characterized by a high scale separation are not produced. This cascade is unlikely to be amenable to a linear description. Consequently, our results question the allegedly high role of the α-effect and eddy diffusivity that are based on spatial scale separation, as the primary instability or magnetic field generating mechanisms in astrophysical applications. The Braginskii magnetic α-effect in a weakly non-axisymmetric flow, often used for explanation of the solar and geodynamo, is advantageous not being upset by a similar deficiency.

Об авторах

Р. А. Чертовских

Институт теории прогноза землетрясений и математической геофизики Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: vlad@mitp.ru
ORCID iD: 0000-0002-5179-4344
Scopus Author ID: 35794881600
ResearcherId: F-3001-2010

В. А. Желиговский

Институт теории прогноза землетрясений и математической геофизики Российской академии наук

Email: vlad@mitp.ru

Список литературы

  1. Braginsky, S. I. (1964a), Self-excitation of a magnetic field during the motion of a highly conducting fluid, Soviet Physics JETP, 20, 726–735 (in Russian).
  2. Braginsky, S. I. (1964b), Theory of the hydromagnetic dynamo, Soviet Physics JETP, 20, 1462–1471 (in Russian). Chertovskih, R., and V. Zheligovsky (2023), Linear perturbations of the Bloch type of space-periodic magnetohy-drodynamic steady states. I. Mathematical preliminaries, Russian Journal of Earth Sciences, 23, ES3001, https://doi.org/10.2205/2023ES000834.
  3. Frisch, U. (1995), Turbulence: The legacy of A. N. Kolmogorov, Cambridge University Press, https://doi.org/10.1017/CBO9781139170666.
  4. Krause, F., and K.-H. Radler (1980), Mean-Field Magnetohydrodynamics and Dynamo Theory, Elsevier, https://doi.org/10.1016/c2013-0-03269-0.
  5. Landau, L. D., and E. M. Lifshitz (1987), Fluid Mechanics. Volume 6 of Course of Theoretical Physics, 2nd ed., Pergamon Press.
  6. Rasskazov, A., R. Chertovskih, and V. Zheligovsky (2018), Magnetic field generation by pointwise zero-helicity three- dimensional steady flow of an incompressible electrically conducting fluid, Physical Review E, 97(4), 043,201, https://doi.org/10.1103/PhysRevE.97.043201.
  7. Starchenko, S. V. (2017), Energy geodynamo parameters compatible with analytical, numerical, paleomagnetic models and observations, Izvestiya, Physics of the Solid Earth, 53(6), 908–921, https://doi.org/10.1134/S1069351317050135.
  8. Steenbeck, M., I. M. Kirko, A. Gailitis, A. P. Klyavinya, F. Krause, I. Y. Laumanis, and O. A. Lielausis (1968), Experimental observation of the electromotive force alongside of an external magnetic field induced by the flow of liquid metal (alpha effect), Doklady Akademii nauk SSSR, 180(2), 326–329 (in Russian).
  9. Vainshtein, S. I., and F. Cattaneo (1992), Nonlinear restrictions on dynamo action, The Astrophysical Journal, 393, 165–171, https://doi.org/10.1086/171494.
  10. Zheligovsky, V. (2011), Large-Scale Perturbations of Magnetohydrodynamic Regimes: Linear and Weakly Nonlinear Stability Theory, Springer Berlin Heidelberg, https://doi.org/10.1007/978-3-642-18170-2.
  11. Zheligovsky, V. A. (1993), Numerical solution of the kinematic dynamo problem for Beltrami flows in a sphere, Journal of Scientific Computing, 8(1), 41–68, https://doi.org/10.1007/BF01060831.
  12. Zheligovsky, V. A., and R. A. Chertovskih (2020), On Kinematic Generation of the Magnetic Modes of Bloch Type, Izvestiya, Physics of the Solid Earth, 56(1), 103–116, https://doi.org/10.1134/S1069351320010152.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML

© Чертовских Р.А., Желиговский В.А., 2023

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».