We analyze recent high resolution photospheric small-scale dynamo simulations that were computed with the MURaM radiative MHD code. We focus the analysis on newly forming downflow lanes in exploding granules since they show how weakly magnetized regions in the photosphere (center of granules) evolve into strongly magnetized regions (downflow lanes). We find that newly formed downflow lanes exhibit initially mostly a laminar converging flow that amplifies the vertical magnetic field embedded in the granule from a few 10 G to field strengths exceeding 800 G. This results in extended magnetic sheets that have a length comparable to granular scales. Field amplification by turbulent shear happens first a few 100 km beneath the visible layers of the photosphere. Shallow recirculation transports the resulting turbulent field into the photosphere within minutes, after which the newly formed downflow lane shows a mix of strong magnetic sheets and turbulent field components. We stress in particular the role of shallow and deep recirculation for the organization and strength of magnetic field in the photosphere and discuss the photospheric and sub-photospheric energy conversion associated with the small-scale dynamo process. While the energy conversion through the Lorentz force depends only weakly on the saturation field strength (and therefore deep or shallow recirculation), it is strongly dependent on the magnetic Prandtl number. We discuss the potential of these findings for further constraining small-scale dynamo models through high resolution observations.


翻译:我们分析了最近高分辨率光球小型潮流模拟,这些模拟是用MURAM辐射MHD代码计算出来的。我们集中分析在爆炸颗粒中新形成的下游通道,因为它们显示光球(颗粒中心)中微弱的磁化区域如何演变为磁化强的地区(下游通道)。我们发现,新形成的下游通道最初显示的主要是拉米纳凝聚流,将颗粒中嵌入的垂直磁场从几个10G到外地强力超过800G。这导致磁板的长度与颗粒尺度相当的延伸磁床。由动荡的剪裁层在显眼的光谱层下先发生几百公里的实地放大作用。浅流将由此形成的动荡场迁移到光谱区域(下游通道 ) 之后, 新形成的下游通道显示强磁床和动荡场组件的混合体。 我们特别强调浅深层对磁场的组织和磁场强度在光谱观测中的强度。 因此,光谱和低压高磁层的磁场的振动性反应首先发生在光谱层和低层分辨率变化中。

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