[論文レビュー] Dynamics and Heating of the Magnetic Network on the Sun: Efficiency of mode transformation

S. S. Hasan, P. Ulmschneider|ArXiv.org|Jun 28, 2004

Solar and Space Plasma Dynamics参考文献 27被引用数 8

ひとこと要約

本研究は太陽の磁気フラックスチューブにおける非線形モードカップリングを調査し、脚部でインパulse的に励起された横方向キック波が非線形効果によって顕著な縦方向波を生成することを示している。ピーク効率はキック波およびチューブ波の位相速度が一致する場合（β ≈ 0.2）に達する。衝撃波形成は約600 kmの高さで発生し、これがコアスフィアの加熱を引き起こす。モードカップリング効率は、プラズマβでパラメータライズされた磁場強度に強く依存する。

ABSTRACT

We aim to identify the physical processes which occur in the magnetic network of the chromosphere and which contribute to its dynamics and heating. Specifically, we study the propagation of transverse (kink) MHD waves which are impulsively excited in flux tubes through footpoint motions. When these waves travel upwards, they get partially converted to longitudinal waves through nonlinear effects (mode coupling). By solving the nonlinear, time-dependent MHD equations we find that significant longitudinal wave generation occurs in the photosphere typically for Mach numbers as low as 0.2 and that the onset of shock formation occurs at heights of about 600 km above the photospheric base. We also investigate the compressional heating due to longitudinal waves and the efficiency of mode coupling for various values of the plasma $β$, that parameterises the magnetic field strength in the network. We find that this efficiency is maximum for field strengths corresponding to $β\approx 0.2$, when the kink and tube wave speeds are almost identical. This can have interesting observational implications. Furthermore, we find that even when the two speeds are different, once shock formation occurs, the longitudinal and transverse shocks exhibit strong mode coupling.

研究の動機と目的

• 太陽コアスフィアの磁気ネットワークにおける力学的ダイナミクスと加熱を駆動する物理的メカニズムを理解すること。
• 横方向MHDキック波が磁気フラックスチューブ内での非線形モードカップリングを通じて縦方向波をどのように励起するかを調査すること。
• プラズマβ（ネットワーク内の磁場強度を特徴付ける）がモードカップリング効率に与える影響を特定すること。
• 衝撃波形成がコアスフィア加熱に果たす役割と、観測的シグネチャーへの影響を評価すること。
• 薄いフラックスチューブ近似の限界を評価し、今後の多次元モデリングの方向性を提案すること。

提案手法

• 垂直に整列した薄い磁気フラックスチューブの非線形かつ時間に依存する磁気流体力学（MHD）方程式を解くこと。
• 粒状対流によるバッファティングを模倣するため、脚部のインパulse的運動をキック波の励起機構としてモデル化すること。
• 上部コアスフィアにおける拡張するフラックスチューブを表現するため、『ワイングラス』幾何学を用いた修正された薄いフラックスチューブ近似を用いること。
• MHD方程式内の非線形カップリング項を通じて、横方向モードと縦方向モード間の波エネルギー分配を分析すること。
• 現実的なネットワーク値（例：β ≈ 0.2）の範囲でプラズマβを変化させ、モードカップリング効率および衝撃波形成への影響を評価すること。
• 光球面から600 km上までの高さまで、波の伝播および横方向から縦方向モードへのエネルギー変換を追跡すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 磁気フラックスチューブ内の非線形カップリング波によって、コアスフィアで衝撃波形成がどの高さで発生するか？
• RQ2 太陽の磁気ネットワークにおいて、プラズマβが横方向から縦方向モードカップリング効率に与える影響は何か？
• RQ3 非線形効果によって、光球面で顕著な縦方向波が生成されるために必要な最小マッハ数は何か？
• RQ4 キック波速度とチューブ波速度が一致する場合が、モードカップリング効率にどのように影響を与えるか？
• RQ5 モードカップリングの観測的意味は、ネットワーク明るい点（NBPs）における振動の解釈にどのような影響を及えるか？

主な発見

• 非線形モードカップリングのおかげで、マッハ数が0.2にさえ達する低い値でも、光球面で顕著な縦方向波が生成される。
• 縦方向波および横方向波の両方で、衝撃波形成は光球面基準面から約600 kmの高さで開始される。
• キック波速度とチューブ波速度がほぼ同一である場合に、モードカップリング効率が最大に達する。これはプラズマβ ≈ 0.2のときに発生する。
• コアスフィア加熱は、非線形カップリングによって生成された縦方向波の圧縮性散逸によって駆動される。
• キック波速度とチューブ波速度が異なる場合でも、衝撃波形成後は強いモードカップリングが持続する。
• 本研究の結果は、モードカップリングが観測されたNBPsにおける1–4 mHzのパワーを説明できる可能性を示しており、観測的検出は基部の磁場強度に依存する。