[論文レビュー] On Competing Models of Coronal Heating and Solar Wind Acceleration: The Debate in '08

Steven R. Cranmer|ArXiv.org|Apr 18, 2008

Solar and Space Plasma Dynamics参考文献 84被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、太陽風加速の2つの競合するモデル、波/乱流駆動型（WTD）と再結合/ループ開口型（RLO）を評価している。WTDモデルは、光球面の運動によって生成されるアルベール波による加熱と加速を説明するのに対し、RLOモデルは、閉じたループと開放的フラックスチューブの間の磁気再結合によるエネルギー移動を提案する。主な発見は、両モデルとも観測された高速・低速太陽風流を再現可能であり、電離状態比やFIP効果を含む太陽風の性質を完全に説明するには併合メカニズムが必要である可能性を示している。

ABSTRACT

In preparation for lively debate at the May 2008 SPD/AGU Meeting in Fort Lauderdale, this document attempts to briefly lay out my own view of the evolving controversy over how the solar wind is accelerated. It is still unknown to what extent the solar wind is fed by flux tubes that remain open (and are energized by footpoint-driven wavelike fluctuations), and to what extent much of the mass and energy is input more intermittently from closed loops into the open-field regions. It may turn out that a combination of the two ideas is needed to explain the full range of observed solar wind phenomena.

研究の動機と目的

• 波/乱流駆動型（WTD）および再結合/ループ開口型（RLO）モデルが太陽風加速およびコロナ加熱を説明できるかの妥当性を評価すること。
• WTDまたはRLOモデルのどちらが、高速および低速太陽風流の観測された差異をよりよく説明できるかを評価すること。
• 両モデルが太陽風におけるイオン電離状態およびFIP効果のインサイト測定結果を再現できるかを特定すること。
• 太陽風現象の範囲を完全に説明するには、WTDおよびRLOメカニズムの組み合わせが必要かどうかを検討すること。
• 現在のモデルの限界を特定し、より包括的でマルチスケールのシミュレーションの必要性を強調すること。

提案手法

• 太陽活動最小期におけるコロナホールおよびストリーマーを模擬するために2次元MHDモデルを使用し、磁場特性および拡散要因を変化させる。
• アルベール波の伝播および散逸モデルを適用して、コロナおよび太陽風におけるエネルギー堆積を模擬する。
• Laming（2004）の優先的波圧加速理論を組み込み、元素分離およびFIP効果をモデル化する。
• コロナ拡散要因および光球面波特性を変化させ、風速、密度、温度プロファイルへの影響をテストする。
• Ulyssesおよび他のミッションからのO⁷⁺/O⁶⁺比およびFe/O比のインサイト測定結果とモデル出力を比較する。
• 上層コロナ領域からのフィードバックが、フラックスチューブ全体の境界条件に与える影響を評価し、自己整合性を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 波/乱流駆動型モデルは、Ulyssesが観測した高速および低速太陽風流の緯度的二分岐を再現できるか？
• RQ2 再結合/ループ開口型モデルは、高速および低速風の間のイオン電離状態およびFIP効果の差異をどの程度説明できるか？
• RQ3 WTDおよびRLOモデルの両方が、風速、密度、温度のインサイト観測結果と一貫性を持つか？
• RQ4 WTDモデルにおけるコロナ拡散要因および波特性の変動は、観測された太陽風状態の範囲を説明できるか？
• RQ5 太陽風の物理的性質を完全に説明するには、WTDおよびRLOプロセスを組み合わせたハイブリッドメカニズムが必要か？

主な発見

• WTDモデルは、コロナ拡散要因の変動のみを用いて、Ulyssesが観測した高速および低速太陽風流の緯度的二分岐を成功裏に再現した。
• 大きなコロナ拡散要因は、遅い風、密度の高い風、高い基盤温度、および1AUにおけるアルベール波強度の低下をもたらす。
• WTDモデルは、低速風流において高速風流と比較して約30倍高いO⁷⁺/O⁶⁺比を生成し、1AUにおける低い温度にもかかわらずインサイト観測結果と一致した。
• Laming（2004）の波圧加速理論を組み合わせることで、WTDモデルは低FIP元素の低速風流における増強された含有量を再現した。
• 自己整合的解では、上層コロナの加熱および拡散率のフィードバックが、同じ光球面波入力であっても、下層大気の状態を変化させることを示した。
• WTDおよびRLOモデルの両方が、主要な観測的傾向を再現でき、太陽風加速の完全な説明には両メカニズムの組み合わせが必要である可能性を示唆している。