[논문 리뷰] Comments on "The Coronal Heating Paradox" by M.J. Aschwanden, A. Winebarger, D. Tsiklauri and H. Peter [2007, Astrophys J., 659, 1673]

S. M. Mahajan, N. L. Shatashvili|ArXiv.org|2007. 09. 11.

Solar and Space Plasma Dynamics인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 2007년 Aschwanden 등이 코로나 가열이 코로나의 크로모스피어에서 기인한다는 주장을 도전하며, 오히려 관찰된 빠르고 냉각된 플라즈마 상승류가 닫힌 자기장 구조에 들어올 때 운동 에너지의 점성 소산에 의해 코로나 링크의 주요 가열이 발생한다는 주장을 펼친다. 저자들은 링크 형성과 가열 과정이 순차적인 충전 과정이 아니라 동시에 일어난다고 주장하며, 2001년 모델이 이 메커니즘을 완전한 자기유체역학 시뮬레이션으로 처음 제안했다고 언급한다.

ABSTRACT

We point out the priority of our paper (Mahajan et al. 2001, Phys. Plasmas, 8, 1340) over (Aschwanden et al. 2007, Astrophys J., 659, 1673) in introducing the term "Formation and primary heating of the solar corona" working out explicit models (theory as well as simulation) for coronal structure formation and heating. On analyzing the Aschwanden et al. (2007) scenario of coronal heating process (shifted to the chromospheric heating) we stress, that for efficient loop formation, the primary upflows of plasma in chromosphere/transition region should be relatively cold and fast (as opposed to hot). It is during trapping and accumulation in closed field structures, that the flows thermalize (due to the dissipation of the short scale flow energy) leading to a bright and hot coronal structure. The formation and primary heating of a closed coronal structure (loop at the end) are simultaneous and a process like the "filling of the empty coronal loop by hot upflows" is purely speculative and totally unlikely.

연구 동기 및 목표

• 2001년 Mahajan 등이 태양 코로나의 '주요 가열' 개념을 도입한 데 대한 우선권을 주장하기 위해.
• Aschwanden 등(2007)이 코로나 가열을 잘못된 용어로 간주하고 이를 '크로모스피어 가열'과 '링크 충전'으로 재정의해야 한다는 주장을 반박하기 위해.
• 코로나 링크가 뜨거운 플라즈마에 의해 채워지는 빈 용기라는 것이 아니라, 자기유체 상호작용을 통해 동시에 형성되고 가열된다는 것을 보여주기 위해.
• 관측된 300 km/s 상승류가 냉각되고 초음속이어서 코로나 기저부에서 충격파가 형성되고 점성 소산이 일어나 플라즈마를 가열할 수 있음을 강조하기 위해.
• 2차 가열 메커니즘이 손실을 상쇄하기 위해 필요할 뿐, 링크 형성이나 초도 가열을 위해선 필요하지 않다는 점을 명확히 하기 위해.

제안 방법

• 코로나 링크 형성 과정을 시뮬레이션하기 위해 플라즈마 속도장과 자기장 구조를 결합한 완전한 자기유체역학 모델 개발.
• 닫힌 자기장 선과의 상호작용 중 냉각되고 초음속인 플라즈마 상승류의 운동 에너지 점성 소산을 주요 가열 메커니즘으로 사용.
• 충격파 형성이 코로나 기저부에서 발생해 유동 에너지를 열에너지로 전환함으로써 1–4×10⁶ K의 온도를 생성하는 시뮬레이션 기반 분석.
• 링크 형성과 동시에 발생하는 '주요 가열'(유동 소산에 의한)과 손실을 상쇄하기 위해 지속되는 '2차 가열'을 구분.
• TRACE 및 이전 임무의 관측 데이터를 활용해 초도 유속과 온도 가정을 검증.
• 코로나 기저부를 사전 존재하는 공허한 공간이 아닌 동적으로 형성된 영역으로 명시적으로 모델링하여 '빈 링크 충전 가설'을 기각.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Aschwanden 등(2007)이 주장하는 바와 같이 태양 코로나의 주요 가열은 크로모스피어 가열과 그 후 링크 충전 과정으로 설명될 수 있는가?
• RQ2 냉각되고 초음속인 300 km/s 플라즈마 상승류가 코로나 가열의 원천이 될 수 있는가?
• RQ3 코로나 링크 형성과 가열 과정은 별개의 과정인가, 아니면 동시에 일어나는가?
• RQ4 자기유체 상호작용은 닫힌 자기장 구조에 들어오는 플라즈마 유동의 열화에 어떤 역할을 하는가?
• RQ5 '크로모스피어 증발' 개념은 동적 모델 없이도 관측된 과도한 밀도와 고온 링크의 방출 측정값을 충분히 설명할 수 있는가?

주요 결과

• 2001년 Mahajan 등의 논문은 Aschwanden 등(2007)이 나중에 '크로모스피어 가열'로 재정의한 '태양 코로나의 주요 가열' 개념을 먼저 도입한 바 있다.
• 코로나 링크는 뜨거운 플라즈마로 채워지는 빈 용기라는 것이 아니라, 닫힌 자기장 내로 들어오는 냉각되고 빠른 상승류의 운동 에너지 점성 소산에 의해 동시에 형성되고 가열된다.
• 300 km/s의 플라즈마 유동은 코로나 기저부에서 충격파 형성으로 인해 1–4×10⁶ K로 열화되어 관측된 링크 온도를 유지하는 데 충분한 에너지를 제공한다.
• 용어 '주요 가열'은 코로나 기저부에서의 흐름 에너지 소산을 의미해야 하며, 크로모스피어 가열은 이 맥락에서 잘못된 용어이다.
• '빈 링크에 뜨거운 플라즈마를 채운다'는 시나리오는 물리적으로 비현실적이며 이론적 또는 시뮬레이션적 근거가 없다.
• 2차 가열은 손실을 상쇄하기 위해 필요할 뿐, 링크 형성이나 초도 가열을 위해선 필요하지 않다.