[論文レビュー] Defining the Middle Corona

Matthew J. West, Daniel B. Seaton+32 more|Discovery Research Portal (University of Dundee)|Aug 9, 2022

Solar and Space Plasma Dynamics被引用数 6

ひとこと要約

本論文は、磁気場トポロジー、プラズマベータ、流れのダイナミクスにおける物理的転移に基づき、太陽半径（R⊙）1.5〜6の領域として中層コロナを定義する共通の定義を確立した。この定義により、太陽風加速およびコロナ加熱研究における、長年にわたり曖昧に扱われてきた重要な領域が明確化された。

ABSTRACT

The middle corona, the region roughly spanning heliocentric altitudes from $1.5$ to $6\,R_\odot$, encompasses almost all of the influential physical transitions and processes that govern the behavior of coronal outflow into the heliosphere. Eruptions that could disrupt the near-Earth environment propagate through it. Importantly, it modulates inflow from above that can drive dynamic changes at lower heights in the inner corona. Consequently, this region is essential for comprehensively connecting the corona to the heliosphere and for developing corresponding global models. Nonetheless, because it is challenging to observe, the middle corona has been poorly studied by major solar remote sensing missions and instruments, extending back to the Solar and Heliospheric Observatory (SoHO) era. Thanks to recent advances in instrumentation, observational processing techniques, and a realization of the importance of the region, interest in the middle corona has increased. Although the region cannot be intrinsically separated from other regions of the solar atmosphere, there has emerged a need to define the region in terms of its location and extension in the solar atmosphere, its composition, the physical transitions it covers, and the underlying physics believed to be encapsulated by the region. This paper aims to define the middle corona and give an overview of the processes that occur there.

研究の動機と目的

• 中層コロナの境界に関する長年の曖昧さを解消すること。これは、太陽風加速およびコロナ加熱に重要な領域である。
• 物理的転移および歴史的観測的文脈に基づき、コミュニティが合意した中層コロナの定義を確立すること。
• 太陽＝ヘリオスフィア系におけるこの領域の役割を明確化することで、今後の研究を支援すること。特に、開放／閉鎖磁場およびプラズマベータの変化に関連して。
• 共通の観測およびモデル化フレームワークを定義することで、複数機器および複数波長の共同研究を促進すること。
• 標準化された領域定義を通じて、分野横断的協力を促進し、複雑なコロナダイナミクスの集中研究を可能にすること。

提案手法

• 太陽物理学、分光法、電波天文学、およびモデル化の分野から50名以上の研究者が参加した、コミュニティ主導のワークショップおよびオンライン議論を通じた情報統合。
• コロナ画像、分光法、電波爆発、およびイン・サイト測定の観測証拠を評価し、主要な物理的転移を同定。
• 内側境界（約1.5 R⊙）を、閉じた磁場構造が支配的になり、静水的スケール高さが適用される高さとして定義。
• 外側境界（約6 R⊙）を、プラズマの流れが完全に径方向になり、コロナ構造が開放磁場流出領域に移行する領域として定義。
• ソース表面モデル（例：PFSS）およびSheeley Blobsの観測を用いて、外側境界を3–6 R⊙に固定。
• Ulysses、SOHO、STEREO、Parker Solar Probeなどの複数ミッションおよびSECCHI、SDO、Solar Orbiterなどの複数の機器からのデータを統合し、領域境界の妥当性を検証。

Figure 1. : A SWAP and LASCO composite image highlighting the middle corona, and the physical transitions that extend through the region. The image also highlights the observational gap between EUV observations of the inner corona and visible-light observations of the outer corona, currently experie

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 どのような物理的転移が中層コロナを定義し、それが内層コロナおよび外層コロナとどのように区別されるか？
• RQ2 太陽風加速領域の正確な開始位置はどこか？ これは磁場トポロジーおよびプラズマベータとどのように関連するか？
• RQ3 電波、EUV、分光的データからの観測的制約は、中層コロナの境界をどのように示唆するか？
• RQ4 磁気再結合および密度の不均一性（例：Sheeley Blobs）は、中層コロナの外縁を定義する上で果たす役割は何か？
• RQ5 標準化された中層コロナの定義は、モデリング、観測、コミュニティ全体の協力の質をどのように向上させるか？

主な発見

• 中層コロナは、太陽円盤中心から測定して約1.5〜6太陽半径（R⊙）の領域として定義される。
• 内側境界（約1.5 R⊙）は、閉じた磁場構造が支配的になり、静水的平衡が破れる高さに対応する。
• 外側境界（約6 R⊙）は、完全に径方向の流れに移行し、コロナ構造における超径方向拡張の消失と一致する。
• コロナ穴、ストリーマー、Sheeley Blobsからの観測的証拠は、3–6 R⊙の範囲を中層コロナの外縁として支持する。
• この領域は、閉じた磁場から開放磁場への移行および、静穏太陽領域におけるプラズマベータの上昇といった、重要な転移を包含する。
• 共通の定義は、物理的メカニズムと歴史的観測実践の両方に根ざしており、今後の研究に統一されたフレームワークを提供する。

Figure 2. : ( a ) Summary of past, present, planned, and proposed middle corona observatories. The type of observation is indicated in the brackets , with key to symbolic abbreviations in upper right of the figure. Color corresponds to the wavelength regime of the observation, X-ray (Gold), EUV/UV (