[논문 리뷰] ADAS analysis of the differential emission measure structure of the inner solar corona. II. A study of the `quiet Sun' inhomogeneities from SOHO CDS-NIS spectra

A. C. Lanzafame, David H. Brooks외 1명|ArXiv.org|2004. 12. 06.

Solar and Space Plasma Dynamics참고 문헌 26인용 수 10

한 줄 요약

이 연구는 고해상도 공간 및 스펙트럼 데이터를 사용하여 태양의 고요한 일광 지역의 SOHO/CDS-NIS 스펙트럼에 미분 발광 측정(Differential Emission Measure, DEM) 분석을 적용하여 플라즈마 온도 구조와 이온화 평형 상태를 평가한다. 분석 결과, 2×80 각초² 크기의 소규모 하위영역들 사이에서 DEM 형상은 일관되나, 전자 밀도가 2×10⁷ cm⁻³ 이하이면서 하강 유속이 50 km s⁻¹를 초과하는 지역에서는 이온화 평형에서의 이탈이 나타나며, 이는 국소적으로 DEM 신뢰도를 저하시킨다. 그러나 대규모 평균값은 여전히 신뢰할 만하다.

ABSTRACT

We present a study of the differential emission measure (DEM) of a `quiet Sun' area observed in the extreme ultraviolet at normal incidence by the Coronal Diagnostic Spectrometer (CDS) on the SOHO spacecraft. The data used for this work were taken using the NISAT_S observing sequence. This takes the full wavelength ranges from both the NIS channels (308-381 Angtr. and 513-633 Angst.) with the 2 arcsec by 240 arcsec slit, which is the narrowest slit available, yielding the best spectral resolution. In this work we contrast the DEM from subregions of 2 by 80 arcsec$^2$ with that obtained from the mean spectrum of the whole raster (20 by 240 arcsec$^2$). We find that the DEM maintains essentially the same shape in the subregions, differing by a constant factor between 0.5 and 2 from the mean DEM, except in areas were the electron density is below $2 imes 10^7$ cm$^{-3}$ and downflow velocities of 50 km/s are found in the transition region. Such areas are likely to contain plasma departing from ionisation equilibrium, violating the basic assumptions underlying the DEM method. The comparison between lines of Li-like and Be-like ions may provide further evidence of departure from ionisation equilibrium. We find also that line intensities tend to be lower where velocities of the order of 30 km/s or higher are measured in transition region lines. The DEM analysis is also exploited to improve the line identification performed by Brooks et al (1999) and to investigate possible elemental abundance variations from region to region. We find that the plasma has composition close to photospheric in all the subregions examined.

연구 동기 및 목표

• 플라즈마 비균일성 조건 하에서 내부 태양 corona에서 미분 발광 측정(DEM) 분석의 신뢰성 평가
• 이온화 평형에서의 이탈이 고요한 일광 지역의 DEM 기반 온도 분포에 영향을 미치는지 조사
• 공간적 비균일성이 DEM 재구성 및 스펙트럼 선 강도 측정에 미치는 영향 평가
• 고해상도 CDS-NIS 데이터를 활용한 스펙트럼 선 식별 개선 및 원소 농도 평가
• 불해결 비균일성 또는 원자 데이터의 부정확성이 DEM 결과의 격리에서 지배적인지 규명

제안 방법

• ADAS를 사용하여 밀도에 의존하는 이온화 및 자극 계수를 통합한 상태에서, 데이터 적응형 스무딩(DAS)을 적용하여 스펙트럼 선 강도를 DEM 분포로 역행 변환
• 2×240 각초² 래스터 및 2×80 각초² 하위영역을 사용한 SOHO/CDS-NIS 2011 관측 시퀀스를 활용하여 고스펙트럼 및 고공간 해상도 확보
• 전체 20×240 각초² 래스터의 평균 DEM과 개별 2×80 각초² 세그먼트의 DEM을 비교하여 공간 일관성 평가
• 전이 영역 선에서 전자 밀도 임계치(<2×10⁷ cm⁻³) 및 하강 유속 임계치(>50 km s⁻¹)를 사용하여 이온화 평형 유효성 평가
• Li-유사 및 Be-유사 이온 선 쌍(예: Mg x 및 Mg ix) 비교를 통해 이온화 비평형 상태 탐지
• 각 원소의 다수의 선을 사용하고 태양대표성 조성으로 기준을 설정하여 원소 농도 평가

실험 결과

연구 질문

• RQ1 고요한 일광 corona에서 소규모 공간 하위영역 간에 미분 발광 측정(DEM) 구조가 일관되게 유지되는가?
• RQ2 전이 영역에서 저전자 밀도 및 고속 유속이 이온화 평형에서의 이탈을 나타내는 정도는 어느 정도인가?
• RQ3 전이 영역 선에서 강도 격리와 측정된 유속 간의 상관관계는 어떻게 되는가?
• RQ4 Li-유사 및 Be-유사 이온 선 비교를 통해 이온화 비평형 상태의 증거를 발견할 수 있는가?
• RQ5 원자 데이터의 불확실성 또는 불해결 비균일성이 DEM 및 농도 결정에 어느 정도 영향을 미치는가?

주요 결과

• 2×80 각초² 하위영역들 사이에서 DEM 형상은 일관되며, 평균 DEM에서 상수 요인(0.5–2)의 차이만 존재하여 안정된 온도 구조를 나타낸다.
• 전자 밀도가 2×10⁷ cm⁻³ 이하이면서 하강 유속이 50 km s⁻¹를 초과하는 영역에서는 DEM 재구성의 불확실성이 높아져 플라즈마가 이온화 평형에서 이탈함을 시사한다.
• 전이 영역 선에서 유속이 ≥30 km s⁻¹인 영역에서는 선 강도가 체계적으로 낮아 동적 플라즈마 조건을 시사한다.
• Li-유사 이온(예: Mg x, Al xi)과 Be-유사 이온(예: Mg ix, Al x) 간 비교에서, 평형 상태 대비 Li-유사 이온의 체계적 과잉을 관측하여 이온화 비평형 상태를 확인한다.
• Al x 및 Ca x 선만을 사용할 경우 농도는 약 4배의 태양대표성 수준이지만, 표 1의 모든 선을 포함하면 하위영역 전반에서 태양대표성 조성이 확인된다.
• 밀도 민감도 선(예: O iv, Ne vi, Mg vi, Si x, Mg vii)의 격리에서 원자 데이터의 부정확성이 드러나며, 이는 신뢰할 수 있는 이변량 DEM 분석을 방해한다.