[論文レビュー] 3d Numerical Models of the Chromosphere, Transition Region, and Corona

V. H. Hansteen, M. Carlsson+1 more|ArXiv.org|Apr 12, 2007

Geophysics and Gravity Measurements被引用数 8

ひとこと要約

本稿では、太陽の対流圏から低層上層大気までをカバーする3次元放射移動を伴うMHDモデルを提示している。非灰色・非局所熱平衡（non-LTE）放射移動、熱伝導、磁場の進化を組み込んだモデルは、温度構造、磁場配置、合成発光線（例：O vi、Ne viii、Mg x）といった重要な chromosphere および corona 臨界診断をうまく再現しており、chromosphere および corona 加熱機構を理解するためのフォワードモデリングの有効性を示している。

ABSTRACT

A major goal in solar physics has during the last five decades been to find how energy flux generated in the solar convection zone is transported and dissipated in the outer solar layers. Progress in this field has been slow and painstaking. However, advances in computer hardware and numerical methods, vastly increased observational capabilities and growing physical insight seem finally to be leading towards understanding. Here we present exploratory numerical MHD models that span the entire solar atmosphere from the upper convection zone to the lower corona. These models include non-grey, non-LTE radiative transport in the photosphere and chromosphere, optically thin radiative losses as well as magnetic field-aligned heat conduction in the transition region and corona.

研究の動機と目的

• 上部対流圏から低層上層大気に至る太陽大気の包括的な3次元数値モデルの開発を目的とする。
• 対流と磁場からの力学的エネルギー流束が、chromosphere および corona 加熱にどのように寄与するかを調査することを目的とする。
• 現実的な物理的プロセスを用いたフォワードモデリングが、観測された太陽大気診断を再現できるかどうかを検証することを目的とする。
• 磁場トポロジー、熱伝導、放射損失が、chromosphere および遷移領域の構造に与える役割を調査することを目的とする。

提案手法

• モデルは50×50×30 Mm³の3次元非構造格子を用い、光球およびchromosphereスケールを解像できる高い空間分解能を持つ。
• 非灰色・非局所熱平衡（non-LTE）放射移動は、Nordlund (1982) に基づくバッチ化された透過率法を用いて実装され、光球およびchromosphereにおける放射エネルギー輸送の正確な取り扱いが可能になった。
• 熱伝導は、小スケールグリッドに起因する厳密なコーエン数条件に対処するため、多重グリッド法を用いて陰解法で解いた。
• 磁場は、SOHO/MDI磁気計測から得られたポテンシャル場として初期化され、対流運動およびMHD力学的要因の影響を受けて進化する。
• chromosphereおよび遷移領域における放射損失は、光学的に厚いとみなされ、線および連続過程の詳細な取り扱いが行われた。
• 合成観測は、複数の波長帯（例：1099 Å から 5000 Å）における放射出射度を計算することで生成され、TRACE や SOHO などの機器による観測を模擬した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 対流圏からcoronaに至る1つの3次元MHDモデルが、観測されたchromosphereおよびcoronaの温度構造および発光特徴を再現できるか？
• RQ2 非局所熱平衡（non-LTE）放射プロセスおよび磁場トポロジーは、chromosphereおよび遷移領域における明るい点および発光線形成にどのように影響を与えるか？
• RQ3 熱伝導および磁場の進化が、モデル内で観測されたループ状構造およびcorona加熱の兆候をどの程度再現できるか？
• RQ4 対流運動および磁場の応力は、上層太陽大気におけるエネルギー輸送および散逸にどのように寄与するか？
• RQ5 Ne viiiおよびMg xなどの線における磁場濃縮と強化発光の空間相関関係をモデルが再現できるか？

主な発見

• モデルは、光球上に2–4 Mmのchromosphereが存在し、最大8000 Kに達する現実的な温度構造を再現した。
• 低層coronaでは、最大1 MKの温度に達し、高高度でも冷却されたプラズマの侵入が持続的に観測された。
• 1700 Å、1510 Å、1099 Åなどの連続体における合成強度は、光球のグランセーション、逆グランセーション、および観測と一致するchromosphereの明るい領域を示した。
• O vi発光は、光球上に6 Mmまで伸びる細い光線として観測され、静的モデルでは捉えきれない非定常的・動的な構造が存在することを示した。
• β ≈ 1表面から追跡された磁場線は、Ne viiiおよびMg x線における強発光と強く相関しており、磁場トポロジーと加熱の関連を確認した。
• モデルは、磁場線が下降するグランセーションで集中し、β = 1表面の上をループ状構造に拡張することを示した。これはcoronaループの形態と一致した。