Суперкритические МГД динамо
Диссертация
Основные положения и результаты работы докладывались на семинарах и на заседаниях научных советов в ОИФЗ и Геофизической обсерватории «Борок» РАН (Москва, Борок, 1989 — 1997 г. г.), Всесоюзных школах-семинарах по физическим основам палеомагнетизма (Борок, 1988 — 1997 г. г.), на заседаниях кафедр и семинарах Московского педагогического и ВосточноКазахстанского университетов (Москва… Читать ещё >
Содержание
- ВВЕДЕНИЕ (6)
- Часть I. КИНЕМАТИЧЕСКИЕ MECA-ДИНАМО (21)
- Глава 1. MEGA асимптотики и численные аи модели (22)
- 1. 1. Введение.(24)
- 1. 2. MEGA и приближение Сильной или Суперкритической Генерации^ 27)
- 1. 3. Анализ точек поворота в MEGA.(35) 1.4 MEGA-решения и Динамо-Волна.(39)
- 1. 5. Сравнение асимптотических и численных результатов.(47)
- 1. 6. Обсуждение.(62)
Список литературы
- R. Т. Merrill and М. W. McElhinny, The Earth’s Magnetic Field, Academic, London (1983).
- G. A. Glatzmaier and P. H. Roberts, «Simulating the geodynamo», Contemporary Physics 38 (4), 269−288 (1997).
- С. И. Брагинский, «Геодинамо модель-Z с внутренним ядром и осцилляциями геомагнитного диполя», Геомагнетизм и Аэрономия 29, 98−103 (1992).
- R. Hollerbach and A. Jones, «Influence of the Earth’s inner core on geomagnetic fluctuations and reversals», Nature 365, 541−543 (1993).
- A. P. Anufriev and P. Hejda, «Effect of the magnetic field at the inner core boundary on the flow in the Earth’s core», Phys. Earth Planet. Inter. 106, 19−30 (1998).
- F. H. Busse and P. G. Cuong, «Convection in rapidly rotating fluid shells», Geophys. Astrophys. Fluid Dynam. 8, 17−41 (1977).
- D. D. Sokoloff, A. M. Shukurov and A. A. Ruzmaikin, «Asymptotic solution of the a2 dynamo problem», Geophys. Astrophys. Fluid Dynam. 25, 293−307 (1983).
- А. А. Рузмайкин, С. В. Старченко, «Магнитные проявления Солнечного вращения», Астрономический Журнал 64,1057−1065 (1987).
- С. В. Старченко, «Кинематическое осесимметричное геодинамо с сильной генерацией», Физика Земли, Известия РАН 30, 14−20 (1993).
- А. А. Рузмайкин, С. В. Старченко, «Кинематическое турбулентное геодинамо средних полей», Геомагнетизм и Аэрономия28, 475−480 (1988).
- S. V. Starchenko and A. M. Shukurov, «Observable parameters of spiral galaxies and galactic magnetic fields», Astron. Astrophys. 214, 47−60 (1989).
- P. H. Roberts and A. M. Soward, «Dynamo theory», Annu. Rev. Fluid Mech. 24, 459−512 (1992).
- M. L. Dudley and R. W. James, «Time-dependent kinematic dynamos with stationary flows», Proc. R. Soc. bond. A425, 407 429 (1989).
- M. Kono, «Computer algebra for automatically solving kinematic dynamo problems», J. Geomag. Geoelectr. 42, 35−55 (1990).
- M. Kono and P. H. Roberts, «Small amplitude solutions of the dynamo problem, 1. The adjoint system and its solutions»", J. Geomag. Geoelectr. 43, 839−862 (1991).
- С. И. Брагинский, «Самовозбуждение магнитного поля движением высокопроводящей жидкости», ЖЭТФ 20, 726−735 (1965).
- F. Krause and К.-Н. Radler, Mean-Field Magneto-hydrodynamics and Dynamo Theory, Pergamon, Oxford (1980).
- V. P. Maslov and M. V. Fedorjuk, Semi-Classical Approxi-mation in Quantum Mechanics, D. Reidel, Doldrecht (1981).
- E. N. Parker, Cosmical Magnetic Fields, Clarendon Press, Oxford (1979).
- S. Lun, W. Kuang and P. H. Roberts, «Ideal instabilities in rapidly rotating MHD systems that have critical layers», Geophys. Astrophys. Fluid Dynam. 69, 133−160 (1993).
- К. M. Kuzanyan and D. D. Sokoloff, «A dynamo wave in an inhomogeneous medium», Geophys. Astrophys. Fluid Dynam. 81, 113- (1995).
- A. M. Soward and C. A. Jones, «The linear stability of the flow in the narrow gap between two concentric rotating spheres», Q. J. Mech. appl.Math. 36 (1), 19−42 (1983).
- A. A. Ruzmaikin, A. M. Shukurov, D. D. Sokoloff and S. V. Starchenko, «Maximally-Efficient-Generation Approach in the dynamo theory», Geophys. Astrophys. Fluid Dynam. 52, 125−139 (1990).
- E. N. Parker, «Hydromagnetic dynamo models», Astrophys. J122, 293−314 (1955).
- T. Nakajima and M. Kono, «Kinematic dynamos associated with large scale fluid motions», Geophys. Astrophys. Fluid Dynam. 60, 177−209 (1991).
- T. Nakajima and M. Kono, «Effect of helicity on the efficiency of laminar kinematic dynamo», J. Geomag. Geoelectr. 45, 1575−1589 (1993).
- E. C. Bullard and H. Gellman, «Homogeneous dynamos and terrestrial magnetism», Phil. Trans. Roy. Soc. Lond. A 247, 213 278 (1954).
- P. H. Roberts, «Kinematic dynamo models», Phil. Trans. Roy. Soc. Lond. A 272, 663−703 (1972).
- P. H. Roberts and M. Stix, «a-effect dynamos, by the Bullard-Gellman formalism», Astron. Astrophys. 18, 453−466 (1972).
- A. A. Ruzmaikin, A. M. Shukurov, and D. D. Sokoloff, Magnetic Fields of Galaxies, Kluwer, Dordrecht (1988).
- A. M. Soward, «Thin disc kinematic au—dynamo models 1. Long length scale models», Geophys. Astrophys. Fluid Dynam. 64, 163 199 (1992).
- D. W. Hughes and M. R. E. Proctor, «Magnetic fields in the Solarconvection zone: Magneto-convection and magnetic buoyancy», Ann. Rev. Fluid Mech. 20, 187−223 (1988).
- Y. Sofue, M. Fujumoto, and R. Wielebinski, ««, Ann. Rev. Astron. Astrophys. 24, 459 (1986).
- Дж. Джекобе, Земное ядро, М.: Мир. 307 с. (1979).
- С. И. Ванштейн, Магнитные поля в космосе, М.: Наука (1983).
- С. В. Старчеико, «Возбуждение неосесимметричных магнитных структур галактик, Солнца и планет», Астрономический Журнал 72 No. 2, 257 262 (1996).
- С. F. Barenghi, «Nonlinear planetary dynamos in a rotating spherical shell. Ill а2 и models and the geodynamo», Geophys. Astrophys. Fluid Dynam. 71, 163−185 (1993).
- С. И. Брагинский, «Геомагнитное динамо», Изв. АН СССР. Физика Земли No. 9, 74−90 (1978).
- Ф. Краузе, К.-Х. Рэдлер, Магнитная гидродинамика средних полей и теория динамо, М.: Мир. 430 с. (1984).
- А. М. Шукуров, Д. Д. Соколов, А. А. Рузмайкин, «Колебательное а2 динамо», Магнитная гидродинамика No. 1, 9−13 (1985).
- S. V. Starchenko, «Dynamo models with strong generation 1. Kinematic solution and axisymmetric ao--dynamo», Geophys. Astrophys. Fluid Dynam. 77, 55−77 (1994).
- E. Паркер, Космические магнитные поля, М.: Мир, 4.2. 408 с. (1982).
- Э. Р. Прист, Солнечная магнитогидродинамика, М.: Мир. 592 с. (1985).
- У. Паркинсон, Введение в магнетизм, М.: Мир. 528 с. (1986).
- Н. В. Адам, Н. П. Бенькова, В. П. Орлов, Л. О. Тюрмина, «Западный дрейф геомагнитного поля», Геомагнетизм и аэрономия 4, 548−558 (1964).
- В. П. Маслов, М. В. Федорюк, Квазиклассическое приближение для уравнений квантовой механики, М.: Наука. 292 с. (1976).
- Yu Baryshnikova and S. Shukurov, «Oscillatory a2 dynamo: Numerical investigation», Astron. Nachr. 308, 89−100 (1987).
- S. I. Braginsky and P. H. Roberts, «A model-Z geodynamo», Geophys. Astrophys. Fluid Dynam. 38, 327−349 (1987).
- V. L. Hagee and P. Olson, «Dynamo models with permanent dipole fields and secular variation», J. Geophys. Res. B7 96, 11 673−687 (1991).
- P. Olson and V. L. Hagee, «Geomagnetic polarity reversals, transition field structure, and convection in the outer core», J. Geophys. Res. B5 95, 4609−4620 (1990).
- T. S. Ivanova and A. A. Ruzmaikin, «Three-dimensional model for generation of the mean solar magnetic field», Astron. Nachr. Bd.306, 177−186 (1985).
- R. T. Merrill and P. L. McFadden, «Secular variation and the origin of geomagnetic field reversals», J. Geophys. Res. BIO 93, 11 589−11 597 (1988).
- N. A. Silant’ev, «Calculation of diffusivities of passive fields in turbulent media», Geophys. Astrophys. Fluid Dynam. 75, 183−197 (1994).
- К. Моффат, Возбуждение магнитного поля в проводящей среде, М.: Мир. 340 с. (1980).
- A. A. Ruzmaikin, D. D. Sokoloff and S. V. Starchenko, «Excitation of non-axially symmetric modes of the Sun’s mean magnetic field»,
- Solar Phys. 115, 5−15 (1988).
- L. J. Lanzerotti, L. V. Medford, C. G. MacLennam, D. J. Thomson, A. Meloni and G. P. Gregori, «Measurements of the large-scale direct-current Earth potential and possible implications for the geomagnetic dynamo», Science 229, 47−49 (1985).
- А. А. Рузмайкин, Д. Д. Соколов, А. М. Шукуров, Магнитные поля галактик, М.: Наука. 280 с. (1988).
- N. Е. Ness, М. Н. Acuna, К. W. Behannon et al., «Magnetic fields at Uranus», Science 233, 85−89 (1986).
- N. E. Ness, M. H. Acuna, L. F. Burlaga et al, «Magnetic fields at Neptune», Science 246, 1473−1478 (1989).
- W. Habbard, Planetary Interiors, N.Y.: Van Nostrand-Reinhold (1984).
- А. А. Рузмайкин, С. В. Старченко, «Генерация крупномасштабных магнитных полей Урана и Нептуна турбулентным динамо», Космические Исследования 27, 297−303 (1989).
- I. Proudman, «The almost rigid rotations of a viscous fluid between concentric spheres», Journal of Fluid Mechanics 1, 505 516 (1956).
- K. Stewartson, «On almost rigid rotations. Part 2», Journal of
- Fluid Mechanics 26, 131−144 (1966).
- S. G. H. Philander, «On the flow properties of a fluid between concentric spheres», Journal of Fluid Mechanics 47, 799 809 (1971).
- S. Vempaty and D. E. Loper, «Hydrodynamic free shear layers in rotating flows», Angew. Math. Phys. 29, 450−461 (1978).
- А. А. Рузмайкин, «Крупномасштабное течение в ядре Земли», Геомагнетизм и Аэрономия 29, 299−303 (1989).
- С. В. Старченко, «Магнитогидродинамическая структура ядра Земли», Доклады РАН 326, 983−986 (1993).
- G. A. Glatzmaier and P. Н. Roberts, «A three-dimensional convective dynamo solution with rotating and finitely conducting inner core and mantle», Phys. Earth. Planet. Inter. 91, 63−75 (1995).
- G. A. Glatzmaier and P. H. Roberts, «A three-dimensional self-consistent computer simulation of a geo-magnetic reversal», Nature 377, 203−209 (1995).
- R. Hollerbach and C. A. Jones, «A geodynamo model incorporating a finitely conducting inner core», Phys. Earth. Planet. Inter. 75,317 327 (1993).
- R. Hollerbach and C. A. Jones, «On the magnetically stabilizing role of the Earth’s inner core», Phys. Earth. Planet. Inter. 87, 171 181 (1995).
- S. V. Starchenko, «Magnetohydrodynamic flows formed on the Earth’s outer core boundaries», J. Geomag. Geoelectr. 45, 15 631 574 (1993).
- N. Kleeorin, I. Rogachevskii and A. Ruzmaikin, «Ekman-Hartmann boundary layers and length of the day variations», in: The Cosmic Dynamo, (ed. by F. Krause, K.-H. Radier and G. Rudiger), Kluwer, Dordrecht (1993) p. 453−455.
- N. Kleeorin, I. Rogachevskii, A. Ruzmaikin, A. M. Soward and S. V. Starchenko, «Axisymmetric flow between differentially rotating spheres in a magnetic field with dipole symmetry», Journal of Fluid Mechanics 344, 213−244 (1997).
- R. Hollerbach, «Magnetohydrodynamic Ekman and Stewartson layers in a rotating spherical shell», Proc Roy. Soc. Lond. A 444, 333−346 (1994).
- D. B. Ingham, «Magnetohydrodynamic flow in a container», Phys. Fluids 12, 389−396 (1969).
- S. Vempaty and D. E. Loper, «Hydromagnetic boundary layers in a rotating cylindrical container», Phys. Fluids 18, 1678−1868 (1975).
- P. A. Gilman and E. R. Benton, «Influence of an axial magnetic field on the steady linear Ekman boundary layer», Phys. Fluids 11, 2397−2401 (1968).
- D. E. Loper, «General solution for the linearised Ekman-Hartmann layer on a spherical boundary», Phys. Fluids 13, 29 952 998 (1970).
- D. E. Loper, «Steady hydromagnetic boundary layer near a rotating, electrically conducting plate», Phys. Fluids 13, 2999−3002 (1970).
- X. Song and P. G. Richards, «Seismological evidence for differential rotation of the Earth’s inner core», Nature 382, 221— 244 (1996).
- С. В. Старченко, «Базовые МГД параметры ядра Земли», Доклады РАН 348, 677−680 (1996).
- J. P. Poirier, «Transport properties of the liquid metals and viscosity of the Earth’s core», Geophys. J. 92, 99−105 (1988).
- С. И. Брагинский, «Структура F-слоя и причина конвекции в ядре Земли», ДАН 149, 8−10 (1963).
- F. Н. Busse, «Convection driven zonal flows and vortices in the major planets», Chaos 4(2), 123−124 (1994).
- J. E. Hart, G. A. Glatzmaier and J. Toomre, «Space-laboratory and numerical simulations of thermal convection in a rotating hemispherical shell with radial gravity», Journal of Fluid Mechanics 173, 519−544 (1986).
- G. A. Glatzmaier and P. Olson, «Highly supercritical thermal convection in a rotating spherical shell: centrifugal vs. radial gravity», Geophys. Astrophys. Fluid Dynam. 70, 113−136 (1993).
- G. A. Glatzmaier and P. H. Roberts, «Rotation and magnetism of Earth’s inner core», Science 274, 1805−1976 (1996).
- S. V. Starchenko, «Dynamo models with strong generation. 1. Kinematic solution and axisymmetric au-dynamo», Geophys. Astrophys. Fluid Dynam. 77, 55−77 (1994).
- S. V. Starchenko and M. Kono, «Comparison of numerical solutions with MEGA asymptotics of CKJ-dynamo problem», Geophys. Astrophys. Fluid Dynam. 82, 93−123 (1996).
- JI. В. Ксанфомалити, «Собственные магнитные поля планет и спутников», Астрономический Вестник 32, 37−48 (1998).
- J. Bloxham and A. Jackson, «Time-dependent mapping of the magnetic field at the core-mantle boundary», J.Geophys.Res. 97, 19 537−19 563 (1992).
- С. В. Старченко, «Магнитогидродинамика вязкого сферического слоя, вращающегося в сильном потенциальном поле», ЖЭТФ 112, 2056 2078 (1997).
- A. A. Ruzmaikin and S. V. Starchenko, «On the origin of Uranus and Neptune magnetic fields», Icarus 93, 82−87 (1991).
- D. E. Loper, «The gravitationally powered dynamo», Geophys. J. Roy. Astron. Soc. 54, 389−404 (1978).
- В. H. Жарков, В. П. Трубицин, Физика планетных недр, М.: Наука (1980).
- Жарков В. Н., «Внутреннее строение Марса ключ к пониманию образования планет земной группы», Астрон. вестн. 30, 514−524 (1996).
- S. I. Braginsky and P. Н. Roberts, «Equations governing convection in the Earth’s core and the geodynamo», Geophys. Astrophys. Fluid Dynam. 79, 1−97 (1995).
- R. L. Larson and P. Olson, «Mantle plumes control magnetic reversal frequency», Earth Planet. Sci. Lett. 107, 437−447 (1991).
- D. E. Loper, «The nature and consequences of thermal interactions twixt core and mantle», J. Geomag. Geoelectr. 43, 79−91 (1991).
- V. P. Golovkov, T. N. Bondar, I. A. Burdelnaya and S. V. Yakovleva, «Comparison of Candidate Models for DGRF 1990 and IGRF 1995», J. Geomag. Geoelectr. 49, 291−315 (1996).
- V. P. Golovkov, T. N. Bondar, I. A. Burdelnaya and S. V. Yakovleva, «Using Satellite Magnetic Surves Data for the Spatial-Temporal Modelling of the Geomagnetic Secular Variation», J. Geomag. Geoelectr. 49, 207−227 (1996).
- Основные публикации автора по теме диссертации (в международных реферируемых изданниях)
- V. I. Makarov, A. A. Ruzmaikin and S. V. Starchenko, Magnetic activity waves, Solar Phys. Vol. Ill, P. 267−277 (1987).
- В. И. Макаров, А. А. Рузмайкин, С. В. Старченко, Волны активности магнитного поля Солнца, Солнечные Данные No.15. С. 82−88 (1987).
- А. А. Рузмайкин, С. В. Старченко, Магнитные проявления Солнечного вращения, Астрономический Журнал, Том 64. С. 1057−1065 (1987).
- A. A. Ruzmaikin, D. D. Sokoloff and S. V. Starchenko, Excitation of non-axially symmetric modes of the Sun’s mean magnetic field, Solar Phys. Vol. 115, P. 5−15 (1988).
- А. А. Рузмайкин, С. В. Старченко, Кинематическое турбулентное геодинамо средних полей, Геомагнетизм и Аэрономия Том 28, С. 475−480 (1988).
- В. И. Макаров, А. А. Рузмайкин, С. В. Старченко, К. С. Та-вастшерна, Природа скоростей вращения секторной структуры магнитного поля Солнца, Солнечные Данные No. 10, С. 104−111 (1989).
- S. V. Starchenko and А. М. Shukurov, Observable parameters of spiral galaxies and galactic magnetic fields, Astron. Astrophys. Vol. 214, P. 47−60 (1989).
- А. А. Рузмайкин, С. В. Старченко, Генерация крупномасштабных магнитных полей Урана и Нептуна турбулентным динамо, Космические Исследования Том 27, С. 297−303 (1989).
- A. A. Ruzmaikin and А. М. Shukurov, D. D. Sokoloff, S. V.
- Starchenko, Maximally-Efficient-Generation Approach in the dynamo theory, Geophys. Astrophys. Fluid Dynamics Vol. 52, P. 125−139 (1990).
- A. A. Ruzmaikin and S. V. Starchenko, On the origin of Uranus and Neptune magnetic fields, Icarus Vol. 93, P. 82−87 (1991).
- С. В. Старченко, В. П. Щербаков, Инверсионная магнитосфера, ДАН Том 321, No. 1, С. 69−74 (1991).
- S. V. Starchenko, Fast rotating magneto-hydro-dynamical boundary layer. Magnitnaja Gidrodynamica No 2, P. 106−108 (1992).
- С. В. Старченко, Магнитогидродинамическая структура внешнего ядра Земли, ДАН Том 326, No. 6, С. 983−988 (1992).
- С. В. Старченко, Пограничные МГД слои в ядре Земли, Геомагнетизм и Аэрономия Том 33, С. 166−168 (1993).
- С. В. Старченко, Кинематическое осесимметричное геодинамо с сильной генерацией, Физика Земли, Известия РАН Том 30, No. 10, С. 14−20 (1993).
- S. V. Starchenko, Magnetohydrodynamical flows formed on the Earth’s outer core boundaries, J. Geomag. Geoelectr. Vol. 45, P. 15 631 574 (1993).
- S. V. Starchenko, Dynamo models with strong generation. 1. Kinematic solution and axisymmetric au--dynamo, Geoph. Astrophys. Fluid Dynamics Vol. 77, P. 55−77 (1994).
- С. В. Старченко, Возбуждение неосесимметричных магнитных структур галактик, Солнца и планет, Астрономический Журнал Том 72, No. 2. С. 257−262 (1995).
- С. В. Старченко, Базовые МГД состояния ядра Земли, ДАН Том 348, No. 5, С. 677−680 (1996).
- S. V. Starchenko and М. Kono: Comparison of numerical solutions with MEGA asymptotics of -dynamo problem, Geoph. Astroph. Fluid
- Dynamics Vol. 82, P. 93−123 (1996).
- N. Kleeorin, I. Rogachevskii, A. Ruzmaikin, A. Soward and S. Starchenko, Axisymmetric Flow between Differentially Rotating Spheres in a Dipole Magnetic Field, J. Fluid. Mech. Vol. 344, P. 213−244 (1997).
- S. V. Starchenko, MHD Flow between Insulating Shells in Strong Potential Magnetic Field, Physics of Fluids, 2nd revision accepted for publication in (1998).
- С. В. Старченко, Магнитогидродинамика вязкого сферического слоя, вращающегося в сильном потенциальном поле, ЖЭТФ Том 112, вып. 6(12), С. 1−23 (1997).
- S. V. Starchenko, Strong Potential Magnetic Field Influence on a Slightly Differentially Rotating Spherical Shell, Studia geoph. et geod. Vol. 42, P. 314−319 (1998)
- С. В. Старченко, Суперкритическая магнитоконвекция при сверхбыстром МГД вращении, ЖЭТФ Том 115, вып. 5 (1999).