[논문 리뷰] A persistent quiet-Sun small-scale tornado III. Waves

Tziotziou, Kostas, Tsiropoula, Georgia외 1명|arXiv (Cornell University)|2020. 10. 13.

Solar and Space Plasma Dynamics인용 수 21

한 줄 요약

이 연구는 스웨덴 Solar Telescope/CRISP를 이용한 고해상도 Hα 및 Ca ii 8542 Å 시간 시리즈를 활용하여 지속적인 조용한 태양 혈풍에서 파동 역학을 조사한다. 20–30 km s⁻¹ 속도로 상향으로 전파되는 빠른 키너드 파동과 국소적인 비틀림 Alfvén 파동을 확인하였으며, 전이 영역에서의 파동 반사로 인한 정적 파tern이 가능성이 있는 것으로 나타났다. 이는 혈풍 유동이 코로나 및 코로나 대류층 에너지 수송의 통로로 작용할 수 있음을 시사한다.

ABSTRACT

Vortex flows can foster a variety of wave modes. A recent oscillatory analysis of a persistent 1.7 h vortex flow with a significant substructure has suggested the existence of various types of waves within it. We investigate the nature and characteristics of waves within this quiet-Sun vortex flow to better understand its physics and dynamics. We used a cross-wavelet spectral analysis between pairs of Ha and Ca II 8542 intensity time series at different wavelengths and, hence, atmospheric heights, acquired with CRISP/SST, as well as the derived Ha Doppler velocity and full width at half maximum (FWHM) time series. We constructed halftone frequency-phase difference plots and investigated the existence and propagation characteristics of different wave modes. Our analysis suggests the existence of upwards propagating Alfvenic type waves with phase speeds of ~20-30 km/s. The dominant wave mode seems to be the fast kink wave mode; however, our analysis also suggests the existence of localised Alfvenic torsional waves related to the dynamics of individual chromospheric swirls that characterise the substructure of the vortex flow. The Ha V-I phase difference analysis seems to imply the existence of a standing wave pattern possibly arising from the interference of upwards propagating kink waves with downwards propagating ones that are reflected at the transition region or the corona. Moreover, the results provide further evidence that the central chromospheric swirl drives the dynamics of the vortex flow. This is the first exhaustive phase difference analysis within a vortex flow that explores the nature and dynamics of different wave modes within it. The questions, however, of whether, and how, the dissipation of the derived wave modes occurs and if vortex flows ultimately play a role in the energy budget of the upper layers of the solar atmosphere remain open.

연구 동기 및 목표

• 지속적인 조용한 태양 혈풍 유동 내에서 파동 모드의 성격과 역학을 이해하기 위해.
• 다양한 대기층에서 파동의 전파 특성과 위상 관계를 규명하기 위해.
• 혈풍 내 파동 모드가 태양 대기에서 에너지 수송과 가열에 기여하는지 조사하기 위해.
• 개별 코로나 대류층 소용권이 혈풍 구조 내에서 파동 활동을 주도하는 역할을 하는지 검토하기 위해.

제안 방법

• 스웨덴 태양망원경에서의 CRISP 관측을 바탕으로 Hα 및 Ca ii 8542 Å 강도 시간 시리즈 간의 교차 웨이브릿 스펙트럼 분석을 수행하였다.
• 스웨덴 태양망원경에서의 CRISP 관측을 통해 유도된 도플러 속도 및 FWHM 시간 시리즈를 활용하였다.
• 반투명 주파수-위상 차이 그림을 구성하여 파동 전파 및 간섭 패턴을 분석하였다.
• 다른 대기층 간의 위상 차이를 비교하여 파동 모드 유형과 전파 방향을 추론하였다.
• 파동 모드의 식별과 혈풍 구조 전반에서의 일관성 분석을 위해 진동 분석 기법을 적용하였다.
• 전이 영역 또는 코로나에서의 파동 반사 및 정적 파형 형성에 대한 위상 차이의 함의를 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 지속적인 조용한 태양 혈풍 유동 내에 존재하는 MHD 파동 모드의 유형은 무엇인가?
• RQ2 파동 모드는 코로나 대류층을 통해 어떻게 전파되며, 상층 태양 대기로 진입하는가?
• RQ3 Hα 최소 강도 영역에서 관측된 정적 파동 패턴의 기원은 무엇인가?
• RQ4 개별 코로나 대류층 소용권이 국소적인 비틀림 Alfvén 파동 활동에 얼마나 기여하는가?
• RQ5 파동 반사 및 간섭 패턴은 파동 에너지 수송 및 소산에 어떻게 영향을 미치는가?

주요 결과

• 빠른 키너드 파동 모드가 약 20–30 km s⁻¹의 위상 속도로 코로나 대류층을 상향으로 전파된다.
• 국소적인 비틀림 Alfvén 파동은 개별 코로나 대류층 소용권과 연관되어 있으며, 국소적 에너지 전달을 나타낸다.
• Hα V-I 위상 차이 분석을 통해 정적 파동 패턴이 유추되었으며, 이는 상향 및 하향 전파되는 키너드 파동 간의 간섭으로 인한 것으로 보인다.
• 관측된 정적 파동 패턴 형성의 메커니즘으로 전이 영역 또는 코로나에서의 파동 반사가 제안된다.
• 코로나 대류층 중심의 소용권이 혈풍 유동 역학과 관련된 파동 활동의 주요 동력원으로 확인되었다.
• 결과는 혈풍 구조가 Alfvénic 및 자기음파를 웨이브가이드로 기능할 수 있으며, 코로나 대류층 및 코로나 가열에 기여할 수 있음을 시사한다.