[論文レビュー] The solar chromosphere at high resolution with IBIS. IV. Dual-line evidence of heating in chromospheric network

G. Cauzzi, K. Reardon+3 more|arXiv (Cornell University)|Jun 11, 2009

Solar and Space Plasma Dynamics参考文献 43被引用数 40

ひとこと要約

本研究では、ダン・ソーラーテレスコープのIBIS装置を用いて、静穏ソーラー・ネットワーク領域におけるコロナ層加熱を調査するため、HαおよびCa II 854.2 nm線の高分解能同時イメージング分光法を実施した。Hαコア幅とCa II 854.2 nm線最小輝度の両方が、コロナ層加熱の強力で補足的な証拠を示しており、Hαコア幅はそのコロナ層内の熱的および力学的プロセスに直接感受性を示すため、温度プロキシとして最も信頼性が高いことが明らかになった。

ABSTRACT

The structure and energy balance of the solar chromosphere remain poorly known. We have used the imaging spectrometer IBIS at the Dunn Solar Telescope to obtain fast-cadence, multi-wavelength profile sampling of Halpha and Ca II 854.2 nm over a sizable two-dimensional field of view encompassing quiet-Sun network. We provide a first inventory of how the quiet chromosphere appears in these two lines by comparing basic profile measurements in the form of image displays, temporal-average displays, time slices, and pixel-by-pixel correlations. We find that the two lines can be markedly dissimilar in their rendering of the chromosphere, but that, nevertheless, both show evidence of chromospheric heating, particularly in and around network: Halpha in its core width, Ca II 854.2 in its brightness. We discuss venues for improved modeling.

研究の動機と目的

• 高分解能・多波長分光診断を用いて、静穏ソーラー・ネットワーク領域におけるコロナ層加熱メカニズムを調査すること。
• Hα線とCa II 854.2 nm線の診断的パワーを比較し、コロナ層の構造とエネルギー収支を明らかにすること。
• 両線の同時的・高フレームレート観測が、単一線またはスリットベースの手法に比べてコロナ層加熱の理解をどのように向上させられるかを検討すること。
• Hαコア幅とCa II 854.2 nm輝度が、コロナ層温度および加熱プロセスのプロキシとしてどれほど信頼性があるかを評価すること。
• 加熱の主要な観測的特徴を特定することで、将来的なモデリングの基盤を提供すること。

提案手法

• ダン・ソーラーテレスコープのIBISイメージング分光計を用いて、Hα（656.281 nm）およびCa II 854.2 nm（854.214 nm）の高速カデント・多波長分光プロファイルを取得した。
• 適応望遠鏡を用いて、高空間分解能（約0.2 arcsec）を達成し、静穏ソーラー・ネットワーク領域の2次元領域を網羅的に分光サンプリングした。
• ピクセル単位での解析を実施し、3つの主要なプロファイル測定値（プロファイル最小輝度、最小値のドップラーシフト、ラインコア幅）を評価した。
• 時間平均表示、時間スライス、相関プロットを生成し、両線の空間的・時間的挙動を比較した。
• コア幅を、プロファイル最小値とウェイブ平均値間の強度範囲の半分における波長差として定義するために、太陽アトラスプロファイルを基準とした。
• 特にネットワーク領域およびインターネットワーク領域において、両線の空間的分布と時間的変化を比較することで、HαおよびCa II 854.2 nm診断の整合性を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 静穏ソーラー・ネットワーク領域におけるコロナ層構造を表す際、Hα線とCa II 854.2 nm線はどのように異なっているか？
• RQ2 Hαコア幅とCa II 854.2 nm輝度は、ネットワーク領域におけるコロナ層加熱とどの程度相関しているか？
• RQ3 Hαコア幅は、Ca II 854.2 nm輝度よりもコロナ層における温度プロキシとしてより信頼性が高いと言えるか？
• RQ4 線幅プロファイルの観測された差異は、光学的厚さ、ドップラーシフト、および源関数といった、基礎的な物理的状態をどのように示しているか？
• RQ5 観測された線幅プロファイルの変動は、伝統的なクラウドモデル解釈（コロナ層微細構造）をどのように挑戦するか、あるいは支持するか？

主な発見

• Hαコア幅とCa II 854.2 nm線最小輝度の両方が、コロナ層ネットワーク領域で強く空間的に相関する増加を示しており、コロナ層加熱を示すものである。
• Hαコア幅は、Hαの瞬時のドップラーシフトやプロファイル最小輝度と顕著な相関を示さないため、Hαフィルタグラムにおける繊維構造が、直接的な熱的効果ではなく、複数のパラメータの複雑な組み合わせによるものであることが示された。
• Ca II 854.2 nm線最小輝度はHαコア幅と強く相関しており、両者が同じ加熱プロセスに感受していることを確認した。特に、Ca II 854.2 nm輝度はコロナ層加熱の強固なプロキシとして機能する。
• Hαコア幅は、そのコロナ層内の熱的および力学的状態に直接感受性を示すため、測定されたパラメータの中で最も信頼性の高い温度プロキシであると特定された。
• 本研究では、ネットワーク領域における加熱が比較的連続的であり、繊維構造の基部に影響を与えているが、古典的Hαロゼットに見られる完全な繊維微細構造を形成するには十分なほどではないことが明らかになった。
• HαとCa II 854.2 nmのプロファイルに観測された差異は、従来の非局所熱平衡（NLTE）クラウドモデルが不十分である可能性を示唆しており、特に時間依存の衝撃波や非平衡イオン化が存在する場合には、今後のab initio MHDシミュレーションとスペクトル合成を用いたモデリングが不可欠である。