[論文レビュー] Observing the Solar Chromosphere

Robert J. Rutten|ArXiv.org|Mar 25, 2007

Solar and Space Plasma Dynamics参考文献 2被引用数 6

ひとこと要約

本稿は、太陽コロナ層の線形成および高分解能イメージングに関する包括的なレビューを提供し、特にHα、Ca II H&K、Na D線に焦点を当てる。積分フィールド紫外分光計測が存在しない現状において、Hαがコロナ層微細構造の主な診断手段のままであると主張し、動的 fibril 動態および遷移層物理学を理解するため、高速コマレート、高分解能イメージングおよび2次元／3次元シミュレーションを用いたフォワードモデリングの重要性を提言する。

ABSTRACT

This review is split into two parts: one on chromospheric line formation in answer to the frequent question "where is my line formed", and one presenting state-of-the-art imagery of the chromosphere. In the first part I specifically treat the formation of the Na D lines, Ca II H & K, and Halpha. In the second I show DOT, IBIS, VAULT, and TRACE images as evidence that the chromosphere consists of fibrils of intrinsically different types. The straight-up ones are hottest. The slanted ones are filled by shocks and likely possess thin transition sheaths to coronal plasma. The ones hovering horizontally over "clapotispheric" cell interiors outline magnetic canopies and are buffeted by shocks, most violently in the quietest regions. In the absence of integral-field ultraviolet spectrometry, H$α$ remains the principal chromosphere diagnostic. The required fast-cadence profile-sampling imaging is an important quest for new telescope technology.

研究の動機と目的

• 太陽コロナ層スペクトル線、特にHα、Ca II H&K、Na Dの形成高さを明確にし、一般的な質問「私の線はどこで形成されるのか？」に応えること。
• DOT、IBIS、VAULT、TRACEからの最新の高分解能画像を提示し、異なる形態および物理的性質を示すコロナ層 fibril の種類を明らかにすること。
• 積分フィールド紫外分光計測が存在しないことから、Hαがコロナ層微細構造の主な診断手段のままであると主張すること。
• 動的コロナ層プロセスを捉えるために、高速コマレート、高分解能イメージングおよびプロファイルサンプリングの必要性を強調すること。
• 逆問題手法を越えてコロナ層構造およびダイナミクスを理解するための根本的手段として、2次元および3次元シミュレーションを用いたフォワードモデリングを提言すること。

提案手法

• 太陽コロナ層モデルにおけるスペクトル線の形成高さを特定するために、応答関数および放射輸送モデリングを用いる。
• 観測された線プロファイルを解釈するためにSIR逆問題コードとその仮定（局所熱平衡、滑らかな層構造）を適用するが、衝撃波や非局所熱平衡状態では限界があると指摘する。
• 太陽望遠鏡（DOT、IBIS、VAULT、TRACE）からの高分解能画像を分析し、形態的および動的特性に基づいて fibril を直線的、斜め、水平の3種類に分類する。
• モデル予測（VAL3C、FALC、RADYN、CO 5 BOLD）と観測結果を比較し、線形成仮定の妥当性を評価する。
• 高速走査ファブリ・ペローアイメージングおよびMOMFBD復元法を提案し、高速コマレート、高SN比のHαイメージングを実現すること。
• 逆問題手法に失敗する複雑な非滑らかまたは非局所熱平衡環境において、特に fibril 構造および遷移層シェルフを解釈するため、2次元および3次元シミュレーションを用いたフォワードモデリングを推奨する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Hα、Ca II H&K、Na D線は太陽大気のどの高さで形成され、大気状態にどのように依存するか？
• RQ2 コロナ層 fibril の明確な形態的差異（直線的、斜め、セル内部上空を漂う水平状）をもたらす物理的メカニズムは何か？
• RQ3 紫外分光計測技術の進歩にもかかわらず、なぜHαがコロナ層微細構造の主な診断手段のままなのか？
• RQ4 従来のコマレートに比べ、高速コマレート、高分解能イメージングがコロナ層ダイナミクスの理解をどのように向上させるか？
• RQ5 SIR逆問題手法は、衝撃波や非局所熱平衡効果を含むコロナ層 fibril をモデル化するためにどれほど拡張可能か。あるいは、3次元シミュレーションを用いたフォワードモデリングが不可欠なのか？

主な発見

• VAL3Cモデルは、線形成高さを厳密に一貫して決定するためのフレームワークを提供し、図1は各種診断の90％形成高さ範囲を示している。
• コロナ層 fibril は3種類に分類される：直線的 fibril（最も高温）、斜め fibril（衝撃波で満たされ、薄い遷移シェルフを有する）、水平 fibril（磁気キャノピーに囲まれ、衝撃波の影響を受ける）。
• 1 fpsのコマレートでHαイメージングを行う必要がある。これはVan Noort & Rouppe van der Voort (2006)によって示された、高速コロナ層ダイナミクスを解明するための必要不可欠な条件である。
• 積分フィールド紫外分光計測が存在しないことにより、高温 fibril シェルフのサンプリングが制限され、Hαがコロナ層構造の標準的診断法となっている。
• 逆問題手法が複雑で非滑らか、または非局所熱平衡環境で失敗するため、fibril 動態および遷移層物理学を解釈するためには2次元および3次元シミュレーションを用いたフォワードモデリングが不可欠である。
• SIR逆問題手法は、局所熱平衡および滑らかな層構造に依存するため、衝撃加熱または乱流領域ではその適用が制限され、コロナ層応用において限界を示す。