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解説

Rayleigh-Taylor不安定性は、 重い流体が軽い流体の上にあるとき、重力によって対流が生じる不安定性です。 密度の異なる2種類の流体が加速度運動する系も同様の状況下にあり、 不安定性が生じます。 加速度運動する系でも同様な不安定性は発生し、天体では超新星爆発で 膨張するシェルなどでおこっていると考えられています。

[初期条件]

上下に密度の不連続面をおき、重力が下側に向かってかかっているとします。 上下の流体は初期には重力平衡・圧力平衡にあります。 上側の緑色の領域は高密度の領域、下側の青色の領域は低密度の領域で。 上下の密度差は4倍です。 不安定性の成長モードを10パーセントのゆらぎとして与えています。

図において、色は密度、矢印は速度を表します。

[不安定成長段階]

不連続面の境界面は正弦関数のように波打ち始め、 その後、重い流体が軽い流体に沈みこみ、きのこ型に発達していきます。