Charakterystyka niestabilności wyporności magnetycznej w Tachoklinie słonecznej

Niestabilność wyporności magnetycznej jest wzbudzana przez toroidalne pole magnetyczne o natężeniu malejącym z wysokością, nawet w słabo ściśliwych układach. Jest ona powszechnie przywoływana w kontekście dynamiki pola magnetycznego na Słońcu, jako najbardziej prawdopodobny i najefektywniejszy mechanizm wypychania silnego toroidalnego pola magnetycznego poza obszar tachokliny słonecznej (relatywnie cienkiej warstwy pod obszarem konwekcyjnym, gdzie pole jest generowane), gdzie unoszone jest przez prądy konwekcyjne i wydostając się na powierzchnię tworzy rejony aktywne. Dokładny opis powstawania i nieliniowej ewolucji MBI pozwoliłby na wyznaczenie skal ewolucji czasowej, a także przestrzennej zmienności pola magnetycznego na Słońcu.

Wykazana zostanie lokalna, bądź szybko oscylująca na kierunku pionowym struktura najszybciej narastających krótkofalowych zaburzeń w obecności horyzontalnego pola magnetycznego o natężeniu rosnącym z głębokością, wzmacnianych przez niestabilność wyporności magnetycznej. Przy użyciu asymptotycznej metody Rayleigh’a-Schrodinger’a wyznaczone zostaną współczynniki narastania oraz struktura i skale przestrzennej zmienności modów własnych. Struktura najszybciej narastającego modu okazuje się być silnie zależna od głębokości z₀, na której mod ten się lokalizuje.

Wyniki analityczne zostały wsparte poprzez przeprowadzenie symulacji numerycznych zagadnienia początkowego i wyznaczenie ewolucji początkowego zaburzenia, będącego paczką modów własnych w różnych dynamicznie przypadkach określonych przez różne wartości parametrów w układzie, w szczególności stratyfikacji gęstościowej i gradientu pola magnetycznego. Otrzymano bardzo dobrą zgodność wyników numerycznych z analitycznymi na wartości maksymalnych współczynników narastania zaburzeń i głębokości lokalizacji modów.

Wykazane zostanie także, iż najbardziej niestabilne trójwymiarowe zaburzenia typowo mają bardzo duże długości fal na kierunku pola magnetycznego, przez co zagadnienie redukuje się do dwuwymiarowego (przy czym na kierunku horyzontalnym prostopadłym do pola najszybciej narastają mody krótkofalowe, cf. Gilman 1970, Acheson 1979) i podane zostanie kryterium redukcji do problemu dwuwymiarowego.