[論文レビュー] The solar chromosphere at high resolution with IBIS. II. Acoustic shocks in the quiet internetwork and the role of magnetic fields

A. Vecchio, G. Cauzzi+1 more|ArXiv.org|Jul 30, 2008

Solar and Space Plasma Dynamics参考文献 63被引用数 53

ひとこと要約

本研究は、太陽の色球層における高分解能IBIS観測を用いて、静穏領域の内部ネットワークにおける音響シャワーが、磁場、特に色球層繊維として現れる水平磁場成分によって強く抑制されることを示した。研究結果は、小スケールでも磁場の配置が色球層の力学を支配しており、純粋な音響加熱モデルに疑問を呈するとともに、静穏領域におけるUV診断が磁場構造によってバイアスされている可能性を示唆している。

ABSTRACT

(Abridged) Aims: We characterize the dynamics of the quiet inter-network chromosphere by studying the occurrence of acoustic shocks and their relation with the concomitant photospheric structure and dynamics. Methods: We analyze a comprehensive data set that includes high resolution chromospheric and photospheric spectra obtained with the IBIS imaging spectrometer in two quiet-Sun regions. This is complemented by high-resolution sequences of MDI magnetograms of the same targets. From the chromospheric spectra we identify the spatio-temporal occurrence of the acoustic shocks. We compare it with the photospheric dynamics by means of both Fourier and wavelet analysis, and study the influence of magnetic structures. Results: Mid-chromospheric shocks occur as a response to underlying powerful photospheric motions at periodicities nearing the acoustic cut-off, consistent with 1-D hydrodynamical modeling. However, their spatial distribution within the supergranular cells is highly dependent on the local magnetic topology, both at the network and internetwork scale. Large portions of the internetwork regions undergo very few shocks, as "shadowed" by the horizontal component of the magnetic field. The latter is betrayed by the presence of chromospheric fibrils, observed in the core of the CaII line as slanted structures with distinct dynamical properties. The shadow mechanism appears to operate also on the very small scales of inter-network magnetic elements, and provides for a very pervasive influence of the magnetic field even in the quietest region analyzed.

研究の動機と目的

• 静穏太陽色球層の力学的構造に及ぼす磁場の役割、特に内部ネットワーク領域における影響を調査すること。
• 高分解能分光データを用いて、中色球層における音響シャワーの空間的・時間的発生を検討すること。
• 光球層の運動および磁場トポロジーが、色球層シャワー形成および伝播に与える影響を評価すること。
• 磁場繊維が、色球層内での音響波エネルギー伝達を妨げる「影」の役割を果たすかどうかを特定すること。
• 磁場構造が、静穏太陽領域における色球層加熱モデルおよびUV診断に与える影響を評価すること。

提案手法

• IBISイメージング分光計を用いて、Ca II 854.2 nm（色球層）およびFe I 709.0 nm（光球層）の高分解能（空間0.3"、分光0.02 nm）分光データを取得した。
• 光球層磁場およびその時間的変化をマッピングするため、高分解能MDI磁場マップを補足的に用いた。
• Ca II 854.2 nm分光データの時間的・空間的解析を通じて、スペクトル線プロファイルの歪みおよび赤方偏移成分を用いて音響シャワーを同定した。
• シャワー発生と光球層速度および磁場ダイナミクスの相関を評価するため、フーリエ解析およびウェーブレット解析を適用した。
• シャワーの空間的分布を磁場要素および繊維と相関させ、水平磁場による「影」効果を特定した。
• 1次元流体力学的モデルを用いて、音響カットオフ周波数（約5.5 mHz）付近の光球層音響波がシャワー形成を駆動するメカニズムを検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 光球層音響波が、静穏太陽内部ネットワーク領域の中色球層におけるシャワーをどの程度駆動するか？
• RQ2 特に水平成分を含む局所的な磁場トポロジーが、色球層シャワーの発生および分布にどのように影響するか？
• RQ3 色球層繊維が、静穏色球層内での音響波エネルギーの抑制または再配分に果たす役割は何か？
• RQ4 ネットワーク領域に強い磁場がない状態でも、内部ネットワーク領域における磁場が、色球層の放射的および力学的構造にどの程度影響を及ぼすか？
• RQ5 磁場構造が、半経験的色球層モデルに用いられるUV診断の解釈にどのような影響を及えるか？

主な発見

• 中色球層における音響シャワーは、主に音響カットオフ周波数（約5.5 mHz）付近の周期を示す光球層運動によって駆動されており、1次元流体力学的モデルと整合的である。
• シャワー発生はスーパーグランウールセル内でも非均一であり、磁場トポロジーの影響により内部ネットワーク領域で顕著に抑制されている。
• 色球層繊維によって可視化される水平磁場は、「影」として機能し、特に繊維の整列が強い領域でシャワー発生を低減する。
• この影効果は内部ネットワークスケールでも作用しており、静穏太陽領域における色球層力学に広範な磁場の影響が及んでいることを示している。
• 繊維は受動的なトレーサーではなく、色球層力学と下層光球層運動との間の結合を遮断し、垂直波動伝播を妨げる能動的要因である。
• UV診断は、より高い密度が低く、色球層上層で形成されるが、静穏領域であっても磁場寄与が支配的である可能性が高く、現在のモデルが無視された磁場構造によってバイアスされている可能性がある。