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墨滴

莫愁莫愁

2021/09/29  阅读:37  主题:WeChat-Format

【翻译】日珥中的日冕横向磁流体动力学波

摘要

太阳日珥是由 日冕等离子体支撑的 等离子体云,其机制尚未确定。Hinode的观测显示,在天空的平面上,精细尺度的线状结构以几分钟的周期振荡。我们认为,这些代表Alfvén波在日冕磁力线上传播,这些可能在加热日冕中发挥作用。

正文

太阳日珥可以根据其处于宁静区还是活动区进行分类,后者是指物质支撑在黑子磁场区域。宁静暗条常常可以在高纬地区存在数周,而活动暗条却是动态且短命的。它们是由日冕磁场线支撑的最神秘的太阳结构,有时候会以日冕物质抛射源(源自耀斑活动区的大尺度等离子体爆发)的形式爆发并对日地磁环境产生显著影响。进来地基望远镜的观测已经揭示了活动区暗条具有无数的小的线状特征,随着沿线状物的物质流。空间观测确认了这些发现并展现了和日冕结构相关的额外动力学。

我们报告了Hinode太阳光学望远镜(SOT)在以396.8nm为线心的0.3nm宽带区域观测到的一个活动区日珥,这是单电离钙(Ca II)的H线光谱特征。在这个带通的辐射温度通常小于20000K。

我们于2006年11月9日获得了NOAA AR 10921在太阳西边缘的连续1小时的SOT图像。图像显示了主太阳黑子上方的多线状物AR日珥(图1)。虽然没有同时的Ha图像,但Ca II H线日珥结构与低分辨率Ha观测的图像相一致(14)。Ca II H线电影(电影S1)显示了沿着日珥线状物无处不在的连续水平运动。这些流动的起源仍然未知。一些流动的恒定速度约为40km/s,而另一些流动则以一种更复杂的方式单调地加速。 图1:Hinode上的SOT获得的太阳边缘高分辨率图像。该观测是在2006年11月9日19:33到20:44以15秒的频率进行的。刻度线的间距为太阳上的1000公里。在同一幅图像中,采用径向密度滤光器显示较亮的光球和较暗的日冕结构。美国国家海洋和大气管理局(NOAA) AR 10921的主黑子以及后面的亮谱斑区都可以在日面上看到。边缘上方,AR日珥水平线状物以下可见无所不在的垂直针状体。云状的日珥结构位于可见边缘上方10000至20000公里处,呈现出非常复杂的精细结构,具有主要的水平线状特征。Ca II H线辐射的日珥强度约为日面光球的1%。

Hinode的SOT电影还显示,日珥中的许多线状物经历了垂直(即天空平面)的振荡运动(图2),周期为130到250秒。垂直振荡运动的长度可达16000公里。其中一条线(图3a)垂直宽度为660 km,振荡周期为240 s。比较不同水平位置的振荡相位(图3,B到F)可以发现,线状物沿其整个长度呈相位振荡。我们看到所有线状物的垂直振幅范围从400到1800km,和线状物宽度是430至660km(表1)。因为我们不能确定振荡平面和相对暗条线状物视线的夹角,所以振幅和水平速度都是最小的估计。 图2:单个日珥线状物垂直振荡的例子。从图1所示的大视场中提取出一个小视场,并显示为负对比。在太阳上的标记间隔为2000公里,每幅图像的UT时间在左边表示。每幅图像中的虚线表示在光球上方的高度近似恒定。这条摆动的线长约3600km,宽430km。沿线状物39 km/s的稳定流动是明显的。振荡的垂直振幅约为900 km,周期为174 s。垂直速度约为10km/s。 观测到的垂直振荡运动最有可能是由于在组成日珥的水平磁力线上的Alfvén传播波或者驻波。另一种假设是等离子体沿螺旋场线的纵向运动。螺旋场线结构在以前的许多日珥研究中已经观察到;但是,螺旋场线假设并不能解释我们发现的几个整个螺纹同步垂直振荡的情况,如图3。另外,如果观察到的线状物是细磁通量管,观察到的振荡可能是沿着管传播的快速磁声扭折模。这里显示的观测缺少视线多普勒速度,所以我们不能确定在这一点的确切振荡模式。 图3:一个日珥线状物沿着它整个长度所承担的同步振荡的例子。(A)长达16000公里的长线状物。线S1到S5表示高度与时间图的位置,如图(B到F)所示。箭头表示长线状物的两边同步振荡。(B至F) (A)中所示位置的高度-时间图(以负对比显示)。所有位置的最大振幅和最小振幅几乎同时出现。

这些场线连接到光球层的源区,在那里它们被起源对流区的宽谱p模振荡激发。每个磁场线都是独立振荡的,就像在Hinode电影中看到的那样。如图3所示,整个线程的同步振荡意味着我们无法区分整个线状物的最小振幅和最大值的时间差。振荡的相位不确定度不超过振荡周期的1/16,所以估计振荡的最小波长为16 × 16000≈25000km。平均振荡周期为~240 s时,估计波速为1050 km/s。如果我们假设等离子体密度为 ,则传播Alfvén波的隐含磁场强度为~ 50g,这与源区日珥磁场强度的测量和模型相一致。然后估计观测到的波携带的坡印亭通量约为 ,一个基于观测到的切向速度的最小估计的下限。给定适当的耗散机制,这种通量足以加热长度超过估计振荡波长的日冕环。

在从光球层到色球层的传输过程中,大尺度的密度随高度的减小导致声波和Alfvén波的传播速度迅速增加。这种有效的不连续性导致周期大于在大气中由热力学条件和磁场强度所决定的截止周期的波在到达活动区日珥的日冕高度之前被反射。由于我们发现了一个典型的振荡周期~ 240 ~ 250 s,我们可以推断这个日珥结构的Alfvén截止周期大于4分钟。

我们的数据的有限视场阻止我们构成暗条线状物场线的长度。然而,观测到的频率谱可以用来研究磁场线的长度。开放场线在Alfvén截止频率以上有明显的宽谱,而较短的闭环显示多个离散共振作为环长度的函数。如果这是闭环系统中的驻波,则估计的Alfvén速度和平均观测周期意味着最小长度为25万公里。

之前对太阳日冕波动的观测包括多普勒速度和周期性的强度振荡,以及耀斑产生的活动区环的横向位移。这些振荡是从光球源位置传播出去的磁声波的例子。Alfvén冕环和日珥中的波也被认为可以解释日冕发射线中其他非热线宽度的光谱观测。

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