[論文レビュー] The Fine Structure of Solar Prominences

P. Heinzel|arXiv (Cornell University)|May 10, 2007

Solar and Space Plasma Dynamics参考文献 2被引用数 3

ひとこと要約

このレビューは、高分解能観測と高度なモデリングを用いて太陽のフレアの微細構造を調査し、磁場のトポロジー、プラズマ圧平衡（プラズマ-β）、放射線輸送に注目している。重力によって誘発される磁場のくぼみと動的な凝縮が、観測された繊維状構造と振動を説明でき、3次元シミュレーションとHα対比モデリングにより、プラズマの供給と磁場の幾何学的形状がフレア微細構造を形作る役割を確認している。

ABSTRACT

Solar prominences and filaments (prominences projected against the solar disk) exhibit a large variety of fine structures which are well observed down to the resolution limit of ground-based telescopes. We describe the morphological aspects of these fine structures which basically depend on the type of a prominence (quiescent or active-region). Then we review current theoretical scenarios which are aimed at explaining the nature of these structures. In particular we discuss in detail the relative roles of magnetic pressure and gas pressure (i.e., the value of the plasma-beta), as well as the dynamical aspects of the fine structures. Special attention is paid to recent numerical simulations which include a complex magnetic topology, energy balance (heating and cooling processes), as well as the multidimensional radiative transfer. Finally, we also show how new ground-based and space observations can reveal various physical aspects of the fine structures including their prominence-corona transition regions in relation to the orientation of the magnetic field.

研究の動機と目的

• 静止状態および活発領域におけるフレア微細構造の形状的多様性を理解すること。
• 微細構造の形状を決定づける磁場圧力とガス圧（プラズマ-β）の相対的寄与を評価すること。
• フレアスレッド内のプラズマ凝縮および振動の動的挙動を調査すること。
• 観測された繊維状構造の形状と重力誘発磁場くぼみの理論的モデルとの整合性を評価すること。
• 多次元放射線輸送、エネルギー収支、複雑な磁場トポロジーを統合することでフレアモデリングを改善すること。

提案手法

• 地上望遠鏡（SST, DOT）および宇宙ミッション（Hinode/SOT, TRACE）からの高分解能HαおよびEUV（171, 195 Å）観測を分析する。
• 実際の質量供給と磁場幾何学を組み込んだ、Hα対比を再現する3次元および（2+1）次元放射線輸送モデルを用いる。
• 加熱、冷却、多次元放射線輸送を含む時間に依存する数値シミュレーションを用いて、磁場がくぼんだ領域におけるプラズマ凝縮をモデリングする。
• 観測された繊維状パターンと重力誘発くぼみおよびフラックスチューブ構成の理論的モデルを比較する。
• プラズマ-βが磁場構造の安定性に与える影響および、プラズマの重量が磁場トポロジーに与えるフィードバックを評価する。
• 主に冷却プラズマによる吸収を特定するために、Hαにおけるスペクトル対比分析を用いて微細構造の物理的性質を推定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 静止状態と活発領域におけるフレア微細構造の形状的特徴は、どのように異なるか？
• RQ2 磁場圧力とガス圧（プラズマ-β）の相対的寄与は、フレア微細スレッドの安定性および構造にどのように寄与しているか？
• RQ3 観測された振動および反平行流れ運動は、磁場のトポロジーおよびプラズマ凝縮プロセスとどのように関係しているか？
• RQ4 重力誘発磁場くぼみが、フレアの背骨に沿ってHα吸収繊維が集中することをどの程度説明できるか？
• RQ5 エネルギー収支、放射線輸送、複雑な磁場を組み込んだ3次元シミュレーションは、観測された微細構造のダイナミクスおよび対比を再現できるか？

主な発見

• 高分解能HαおよびEUV観測により、フレアの微細構造が背骨に沿って薄く暗い繊維（100 km幅）で支配されており、大規模な流れではなく、動的な塊や振動が特徴的であることが明らかになった。
• Hα吸収繊維が背骨に集中していることは、冷却プラズマが重力誘発磁場くぼみに凝縮していること、長大なフラックスチューブに沿ってはいないことを示している。
• 数値シミュレーションにより、磁場がくぼんだ領域におけるプラズマ凝縮が、密度と重量の増加を引き起こし、それが磁場トポロジーを動的に変化させる可能性があることが示されたが、現在のモデルでは初期状態を静的と仮定している。
• 理論的（2+1）次元モデルによるHα繊維は、観測された対比および引き伸ばしパターンを再現しており、重力誘発くぼみが暗い繊維の形状を説明できることを確認している。
• プラズマ-βはまだ不確実であるが、モデルはβが十分に大きい場合には、フレア構造を正確に表現するために、重力の寄与をくぼみモデルに組み込む必要があると示唆している。
• HαおよびTRACEの動画からの観測的証拠は、横方向の振動および局所的運動が、長大なフラックスチューブの流れではなく、磁場がくぼんだ領域内のプラズマ塊と整合的であることを支持している。