[論文レビュー] The solar chromosphere at high resolution with IBIS: III. Comparison of Ca II K and Ca II 854.2 nm imaging

K. Reardon, H. Uitenbroek+1 more|arXiv (Cornell University)|Oct 29, 2008

Solar and Space Plasma Dynamics参考文献 35被引用数 43

ひとこと要約

本研究では、IBISを用いた分光的分解能を持つCa II 854.2 nm像と高分解能Ca II Kフィルタグラムを比較し、Ca II K画像に顕著なコロナフレア構造が見えないのは、主に光球線の翼が弱いコロナ層構造を覆い隠す観測上のスメアリングに起因することを明らかにした。それでも、時間的解析により磁気シャドウとパワースペクトルを介して隠れたフレア構造の痕跡が得られ、Ca II 854.2とHαはCa II Kフィルタグラムよりもコロナ層の磁気的構造をより正確に反映していることが確認された。

ABSTRACT

Filtergrams obtained in Ca II H, Ca II K and H-alpha are often employed as diagnostics of the solar chromosphere. However, the vastly disparate appearance between the typical filtergrams in these different lines calls into question the nature of what is actually being observed. We investigate the lack of obvious structures of magnetic origin such as fibrils and mottles in on-disk Ca II H and K images by directly comparing a temporal sequence of classical Ca II K filtergrams with a co-spatial and co-temporal sequence of spectrally resolved Ca II 854.2 images obtained with the Interferometric Bidimensional Spectrometer (IBIS), considering the effect of both the spectral and spatial smearing. We find that the lack of fine magnetic structuring in Ca II K filtergrams, even with the narrowest available filters, is due to observational effects. Signatures of fibrils remain however in the temporal evolution of the filtergrams, in particular with the evidence of magnetic shadows around the network elements. The Ca II K filtergrams do not appear, however, to properly reflect the high-frequency behavior of the chromosphere. Using the same analysis, we find no significant chromospheric signature in the Hinode/SOT Ca II H quiet-Sun filtergrams. The picture provided by H-alpha and Ca II 854.2, which show significant portions of the chromosphere dominated by magnetic structuring, appears to reflect the true and essential nature of the solar chromosphere. Data which do not resolve, spatially or spectrally, this aspect may misrepresent the behavior the chromosphere.

研究の動機と目的

• HαとCa II 854.2の高分解能像に顕著な構造がある一方で、Ca II Kフィルタグラムが特徴のない外観を示すという矛盾を解明すること。
• Ca II Kフィルタグラムにフレア構造が見えないのは、機器的制限のためか、コロナ層の固有の性質のためかを調査すること。
• Ca II Kフィルタグラムの時間的解析が、フレア構造や磁気シャドウといった隠れたコロナ層構造を回復できるかを検証すること。
• Ca II 854.2分光法と比較して、Ca II Kフィルタグラムが高周波数のコロナ層ダイナミクスをどれほど信頼性を持って反映できるかを評価すること。
• Ca II 854.2像が、Ca II Kフィルタグラムよりもコロナ層の磁気的構造をより正確に反映しているという結論を確立すること。

提案手法

• 高スペクトル・高空間分解能で太陽コロナ層を同時空間的・同時的観測するための干渉計二重スペクトロメータ（IBIS）を用いた観測。
• 古典的Ca II Kフィルタグラム（FWHM 0.03–0.2 nm）と分光的分解能を持つCa II 854.2 nmラインコア像の直接比較。
• 時間的系列にフーリエ解析を適用し、高周波数のコロナ層ダイナミクスとパワーディストリビューションを評価。
• スペクトル的および空間的スメアリングの影響を分離するために、合成フィルタグラムのシミュレーションを実施。
• Ca II KおよびCa II 854.2フィルタグラムから得たパワーマップにおける磁気シャドウの分析により、フレア構造の存在を追跡。
• Ca II KとCa II 854.2ライン間の強度変動およびドップラーシフトの定量的比較により、速度-強度クロストークとラインプロファイルの違いを評価。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 HαおよびCa II 854.2ラインで磁気的構造が顕著に観測される一方で、なぜCa II Kフィルタグラムには顕著なフレア構造が見えないのか？
• RQ2 光球線翼および機器的スメアリングが、Ca II Kフィルタグラムにおけるコロナフレア構造の可視性をどの程度低下させるのか？
• RQ3 Ca II Kフィルタグラムの時間的変化は、隠れたコロナ層構造（フレア構造や磁気シャドウ）を明らかにできるか？
• RQ4 コロナ層の高周波数ダイナミクス（7.5–15 mHz）は、Ca II KフィルタグラムとCa II 854.2分光データでどのように異なるか？
• RQ5 Ca II Kフィルタグラムは真のコロナ層挙動を正確に反映しているのか、それとも支配的である磁気的構造を誤って表現しているのか？

主な発見

• Ca II Kフィルタグラムに顕著なフレア構造が見えない主な理由は、明るい光球線の翼による汚染であり、弱く暗いコロナ層構造が覆い隠されていることである。
• 空間的可視性が低いにもかかわらず、Ca II Kフィルタグラムの時間的解析により磁気シャドウが検出され、下部のコロナフレア構造の存在が示唆されたが、Ca II 854.2データと比較して振幅が小さく、空間的範囲も狭い。
• Ca II Kフィルタグラムから得た3分間のフーリエパワー・マップでは、高周波数（7.5–15 mHz）でコロナ層構造がほとんど認められなかったが、Ca II 854.2ラインコア強度からのマップではフレア関連の特徴が強く保持されていた。
• Ca II 854.2ラインは、より狭いフィルタプロファイルと速度-強度クロストークの低減により、Ca II Kフィルタグラムよりも高周波数のコロナ層ダイナミクスおよびフレア構造の可視性をより良く保っている。
• Hinode/SOTのCa II Hフィルタグラムでは顕著なコロナ層シグナルが観測されず、狭帯域Ca II HおよびKフィルタグラムが真の磁気的構造を持つコロナ層を誤って表現する可能性があるという結論を強化した。
• 本研究は、高分解能および高時間コマ速度の観測において、Ca II 854.2 nm像がCa II Kフィルタグラムよりもコロナ層の磁気的構造をより正確かつ信頼性高く診断できると結論づけた。