[論文レビュー] Comments on "The Coronal Heating Paradox" by M.J. Aschwanden, A. Winebarger, D. Tsiklauri and H. Peter [2007, Astrophys J., 659, 1673]

S. M. Mahajan, N. L. Shatashvili|ArXiv.org|Sep 11, 2007

Solar and Space Plasma Dynamics被引用数 6

ひとこと要約

この論文は、2007年のAschwandenらの主張である「コロナループの加熱はコロナに起因する」という仮説に挑戦し、代わりにコロナループの主な加熱は、閉じた磁場構造に進入する冷たく速いプラズマ上昇流における運動エネルギーの粘性的散逸によって生じると主張している。著者らは、ループの形成と加熱が逐次的な満たし方ではなく、同時に起こると主張し、2001年のモデルがこのメカニズムを完全な磁流体力学シミュレーションで初めて提唱したと援用している。

ABSTRACT

We point out the priority of our paper (Mahajan et al. 2001, Phys. Plasmas, 8, 1340) over (Aschwanden et al. 2007, Astrophys J., 659, 1673) in introducing the term "Formation and primary heating of the solar corona" working out explicit models (theory as well as simulation) for coronal structure formation and heating. On analyzing the Aschwanden et al. (2007) scenario of coronal heating process (shifted to the chromospheric heating) we stress, that for efficient loop formation, the primary upflows of plasma in chromosphere/transition region should be relatively cold and fast (as opposed to hot). It is during trapping and accumulation in closed field structures, that the flows thermalize (due to the dissipation of the short scale flow energy) leading to a bright and hot coronal structure. The formation and primary heating of a closed coronal structure (loop at the end) are simultaneous and a process like the "filling of the empty coronal loop by hot upflows" is purely speculative and totally unlikely.

研究の動機と目的

• 太陽コロナの『主な加熱』という概念を導入した2001年Mahajanらの論文の優先権を主張すること。
• Aschwanden ら（2007年）の主張、すなわちコロナ加熱は誤解であるとして「コアスフィア的加熱」と「ループ満たし」に再定義すべきだとする主張を反論すること。
• コロナループは高温のプラズマによって満たされる空の容器ではなく、磁流体力学的相互作用によって形成され、同時に加熱されることを示すこと。
• 観測された300 km/sの上昇流が冷たくかつ超音速であり、衝撃波の形成と粘性的散逸を経てコロナ基部で加熱されることを強調すること。
• 二次的加熱機構は、ループの損失を補うためにのみ必要であり、形成や初期加熱のためではないことを明確にすること。

提案手法

• コロナループ形成を模擬するため、プラズマ速度場と磁場構造を結合した完全な磁流体力学モデルの開発。
• 閉じた磁場線と衝突する超音速で冷たいプラズマ上昇流における運動エネルギーの粘性的散逸を、加熱の主なメカニズムとして採用。
• シミュレーション分析により、コロナ基部での衝撃波形成が流れエネルギーを熱に変換し、1–4×10⁶ Kの温度を生じることを示した。
• ループ形成と同時に発生する「主な加熱」（流れ散逸による）と、放射損失を補うために必要な「二次的加熱」（持続的加熱）の区別を明確にした。
• TRACEおよびそれ以前のミッションからの観測データを活用し、初期の流れ速度および温度仮定の妥当性を検証。
• コロナ基部を事前に存在する空洞ではなく、動的に形成される領域として明示的にモデル化し、「空のループ満たし仮説」を拒否した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 太陽コロナの主な加熱は、Aschwanden ら（2007年）が主張するように、コアスフィア的加熱とその後のループ満たしによって説明できるのか？
• RQ2 冷たく超音速の300 km/sのプラズマ上昇流が、コロナ加熱の源になり得るのか？
• RQ3 コロナループの形成は加熱とは別個のプロセスなのか、それとも同時に起こるのか？
• RQ4 磁流体力学的結合は、閉じた磁場構造に進入するプラズマ流れの熱化にどのような役割を果たすのか？
• RQ5 動的モデルなしで「コアスフィア的蒸発」という概念が、高温ループにおける過密度および発光測定値を十分に説明できるのか？

主な発見

• 2001年のMahajan らの論文は、Aschwanden ら（2007年）が後に再定義した「コアスフィア的加熱」としての『主な加熱』という概念を先んじて提唱しており、その根拠を確立している。
• コロナループは空の容器に満たされるのではなく、冷たく速い上昇流が閉じた磁場に進入する際の粘性的散逸によって、同時に形成され加熱される。
• 300 km/sのプラズマ流れは、コロナ基部での衝撃波形成によって1–4×10⁶ Kに熱化され、観測されたループ温度を説明するのに十分なエネルギーを供給する。
• 『主な加熱』という用語は、コロナ基部での流れエネルギーの散逸を指すべきであり、コアスフィア的加熱はこの文脈では誤解を招く用語である。
• 『空のループに高温のプラズマを満たす』というシナリオは物理的に不実で、理論的・シミュレーション的根拠を欠いている。
• 二次的加熱は、ループの放射損失を補うためにのみ必要であり、形成や初期加熱のためではない。