[論文レビュー] The solar chromosphere at high resolution with IBIS. I. New insights from the Ca II 854.2 nm line

G. Cauzzi, K. Reardon+8 more|ArXiv.org|Sep 15, 2007

Solar and Space Plasma Dynamics参考文献 56被引用数 78

ひとこと要約

本研究では、IBIS機器を用いたCa II 854.2 nm線における高分解能イメージング分光法が、類似した解像度でかつ未だかつてないほど明確にコロナの複雑な3次元構造を露呈することを示している。線の核部が純粋なコロナ領域のトレーサーであることが確認され、磁気的トポロジーに関連する微細構造のフィブリルや明るい点が明らかになった。これは1次元モデルがコロナ物理学に不十分であることを証明するものである。

ABSTRACT

(Abridged) Aims: In this paper, we seek to establish the suitability of imaging spectroscopy performed in the Ca II 854.2 nm line as a means to investigate the solar chromosphere at high resolution. Methods: We utilize monochromatic images obtained with the Interferometric BIdimensional Spectrometer (IBIS) at multiple wavelengths within the Ca II 854.2 nm line and over several quiet areas. We analyze both the morphological properties derived from narrow-band monochromatic images and the average spectral properties of distinct solar features such as network points, internetwork areas and fibrils. Results: The spectral properties derived over quiet-Sun targets are in full agreement with earlier results obtained with fixed-slit spectrographic observations, highlighting the reliability of the spectral information obtained with IBIS. Furthermore, the very narrowband IBIS imaging reveals with much clarity the dual nature of the Ca II 854.2 nm line: its outer wings gradually sample the solar photosphere, while the core is a purely chromospheric indicator. The latter displays a wealth of fine structures including bright points, akin to the Ca II H2V and K2V grains, as well as fibrils originating from even the smallest magnetic elements. The fibrils occupy a large fraction of the observed field of view even in the quiet regions, and clearly outline atmospheric volumes with different dynamical properties, strongly dependent on the local magnetic topology. This highlights the fact that 1-D models stratified along the vertical direction can provide only a very limited representation of the actual chromospheric physics.

研究の動機と目的

• IBISイメージング分光法が高分解能コロナ研究に適しているかどうかを評価すること。
• ネットワーク点、インターネットワーク領域、フィブリルなどの静穏太陽コロナ特徴の形態的および分光的性質を調査すること。
• Ca II 854.2 nm線が高空間・高時間分解能でコロナのダイナミクスおよび磁気的トポロジーを信頼性高くトレースできるかどうかを特定すること。
• IBISの分光的純度および安定性を評価し、微細コロナ構造および衝撃波を解像可能かどうかを検証すること。
• Hα線や他の線と比較して、Ca II 854.2 nm線がコロナ磁場の強力な診断手段として確立できるかどうかを検討すること。

提案手法

• 干渉計2次元分光器（IBIS）を用いて、Ca II 854.2 nm線の波長全域にわたる複数の波長で単色画像を取得すること。
• 狭帯域単色画像の分析により、フィブリル、明るい点、ネットワーク構造などの形態的特徴を抽出すること。
• 線プロファイルフィッティングおよび形成高さ診断を用いて、太陽の特徴的領域（ネットワーク、インターネットワーク、フィブリル）の分光的性質を分析すること。
• 2次元分光イメージングを用いて、高時間分解能および高空間分解能で全視野を観測可能にすること。
• IBISで得られた分光的性質を、先行する固定スリット分光測定結果と比較し、データの信頼性を検証すること。
• 線の応答関数および磁場への感受性、特にHα線およびNa I D線と比較しての評価を行うこと。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 IBISイメージング分光法によるCa II 854.2 nm線が、十分な分光的・空間的忠実度でコロナの3次元構造を解像できるか？
• RQ2 Ca II 854.2 nm線の分光的性質は、静穏太陽領域におけるフィブリルや明るい点といったコロナ特徴とどのように相関するか？
• RQ3 線核部が純粋なコロナ指標として機能する程度はどの程度か。また、線の外側の翼部はどのように光球をサンプリングするか？
• RQ4 フィブリルおよび磁気的トポロジーは、コロナ大気の体積の動的性質にどのように影響を与えるか？
• RQ5 形成高さのギャップが小さく、ゼーマン効果への感受性が優れていることから、Hα線やNa I D線に比べてCa II 854.2 nm線がコロナ磁場測定に優れているとされる根拠はあるか？

主な発見

• Ca II 854.2 nm線の核部は、完全にコロナ領域のトレーサーである。一方、外側の翼部は段階的に光球をサンプリングしており、形成メカニズムが二重であることが確認された。
• フィブリルは観測された静穏太陽領域の大部分を占めており、局所的な磁気的トポロジーに依存する特徴的な動的性質を示す大気体積を明確に区別している。
• Ca II H 2VおよびK 2Vの粒に類似した明るい点が明確に解像され、微細スケールのコロナ加熱および磁気的構造化が示された。
• IBISデータから得られた分光的性質は、以前の固定スリット分光測定結果と完全に一致しており、IBISイメージング分光法の信頼性が裏付けられた。
• 本線によって明らかになった静穏コロナにおける広範なフィブリルおよび音響衝撃波は、1次元大気モデルの妥当性を強く疑問視させるものである。
• Hα線およびNa I D線と比較して、形成ギャップが小さく、ゼーマン感受性が優れていることから、Ca II 854.2 nm線はコロナ磁場測定に優れた可能性を示している。