[論文レビュー] Acoustic wave propagation in the solar atmosphere. IV Nonadiabatic wave excitation with frequency spectra

J. Theurer, P. Ulmschneider+1 more|arXiv (Cornell University)|Mar 17, 1997

Solar and Space Plasma Dynamics参考文献 2被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、放射冷却および衝撃散逸を含む1次元Euler流体コードを用いて、太陽の対流圏における非断熱音響波の伝播を調査した。臨界周波数 f_cr ~ 1/25 Hz が、減衰（f < f_cr）と持続的共鳴（f > f_cr）の挙動を分けることが特定され、確率的周波数スペクトルが高高度で3分帯に支配される安定した動的変化を示すコア層温度構造を形成することを示した。

ABSTRACT

We study the response of the solar atmosphere to excitations by large amplitude acoustic waves with radiation damping now included. Monochromatic adiabatic waves, due to unbalanced heating, generate continuously rising chromospheric temperature plateaus in which the low frequency resonances quickly die out. All non-adiabatic calculations lead to stable mean chromospheric temperature distributions determined by shock dissipation and radiative cooling. For non-adiabatic monochromatic wave excitation, a critical frequency f_cr ~ 1/25 Hz is confirmed, which separates domains of different resonance behaviour. For waves of frequency f &lt; f_cr, the resonances decay, while for waves of f &gt; f_cr persistent resonance oscillations occur, which are perpetuated by shock merging. Excitation with acoustic frequency spectra produces distinct dynamical mean chromosphere models where the detailed temperature distributions depend on the shape of the assumed spectra. The stochasticity of the spectra and the ongoing shock merging lead to a persistent resonance behaviour of the atmosphere. The acoustic spectra show a distinct shape evolution with height such that at great height a pure 3 min band becomes increasingly dominant. With our Eulerian code we did not find appreciable mass flows at the top boundary.

研究の動機と目的

• 放射減衰を伴う大振幅の非断熱音響波に対するコア層の応答をモデル化すること。
• 波駆動型コア層温度構造が安定的または一時的になる条件を特定すること。
• 周波数スペクトルの形状が平均的大気構造および共鳴挙動に与える影響を調査すること。
• 衝撃散逸および放射冷却が平衡温度分布を確立する役割を検討すること。
• 大気中における音響パワースペクトルの高さに伴う変化を評価すること。

提案手法

• 太陽の大気における運動方程式、エネルギー保存則、連続の式を解くために1次元Euler流体コードを用いた数値シミュレーション。
• 非断熱過程をモデル化するため、放射冷却および衝撃散逸を組み込んだ。
• f_cr ~ 1/25 Hz における臨界的挙動を特定するために、周波数を変化させた単色波励起を実施した。
• 確率的波入力を模擬するためにバンド幅が広い周波数スペクトルを用いて、その結果として生じる平均的大気構造を研究した。
• 時間依存シミュレーションを用いて、波エネルギー分布およびスペクトルの高さに伴う変化を分析した。
• 上端境界での質量流出が顕著に発生しないように、固定境界条件を適用した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 コア層における減衰的挙動と持続的共鳴挙動を分ける臨界周波数 f_cr は何か？
• RQ2 放射冷却や衝撃散逸などの非断熱効果は、コア層温度構造の安定性にどのように影響するか？
• RQ3 音響周波数スペクトルの形状が、結果としての平均コア層温度分布に与える影響は何か？
• RQ4 非断熱励起下で、太陽の大気中における音響パワースペクトルの高さに伴う変化はいかなるものか？
• RQ5 衝撃の重合と確率的励起が、コア層における持続的共鳴をどの程度維持するか？

主な発見

• f_cr ~ 1/25 Hz の臨界周波数が確認され、これより低い周波数では共鳴が減衰し、これより高い周波数では衝撃の重合により持続的振動が生じることが分かった。
• 非断熱波励起は、衝撃散逸と放射冷却のバランスによって決定される安定した平均コア層温度分布をもたらす。
• 周波数スペクトルを用いた励起は、スペクトル形状に依存する明確な動的平均コア層モデルを生じさせ、温度構造がその形状に依存することが分かった。
• 音響スペクトルは高さに伴い変化し、高高度で3分帯が優勢になる傾向を示した。
• 計算領域の上端境界では顕著な質量流れが認められず、エネルギーがコア層に閉じ込められていることが示唆された。
• f > f_cr の場合、衝撃の重合が共鳴振動を維持し、コア層へのエネルギー継続的供給を可能にした。