[논문 리뷰] Spectroscopy at the solar limb: I. Average off-limb profiles and Doppler shifts of Ca II H

C. Beck, R. Rezaei|arXiv (Cornell University)|2011. 06. 03.

Solar and Space Plasma Dynamics참고 문헌 65인용 수 7

한 줄 요약

이 연구는 적응광학 보정된 슬릿 스펙트로그래프 데이터를 사용하여 고신호대잡음, 가장자리 인근의 Ca ii H 선을 관측하여 평균 이심 프로파일과 도플러 이동을 분석한다. 선형 프로파일이 고도 2 Mm 이하에서 대칭적으로 넓어지며, 5 Mm에서 단일 가우시안으로 전이됨을 규명하였고, 밝은 영역을 둘러싸고 있는 반대 방향의 체계적 도플러 이동을 확인하여, 자기력선 관통에서의 나선형 파동 운동이 코로나에서의 주요 역학 메커니즘임을 시사한다.

ABSTRACT

We present constraints on the structure of the chromosphere from observations of the Ca II H line profile near and off the solar limb. We obtained a data set of the Ca II H line in a field of view extending 20" across the limb. We analyzed the spectra for the properties of off-limb spectra. We used tracers of the Doppler shifts, such as the location of the absorption core, the ratio of the two emission peaks H2V and H2R, and intensity images at a fixed wavelength. The average off-limb profiles show a smooth variation with increasing limb distance. The line width increases up to a height of about 2 Mm above the limb. The profile shape is fairly symmetric with nearly identical H2V and H2R intensities; at a height of 5 Mm, it changes into a single Gaussian without emission peaks. We find that all off-limb spectra show large Doppler shifts that fluctuate on the smallest resolved spatial scales. The variation is more prominent in cuts parallel to the solar limb than on those perpendicular to it. As far as individual structures can be unequivocally identified at our spatial resolution, we find a specific relation between intensity enhancements and Doppler shifts: elongated brightenings are often flanked all along their extension by velocities in opposite directions. The average off-limb spectra of Ca II H present a good opportunity to test static chromospheric atmosphere models because they lack the photospheric contribution that is present in disk-center spectra. We suggest that the observed relation between intensity enhancements and Doppler shifts could be caused by waves propagating along the surfaces of flux tubes: an intrinsic twist of the flux tubes or a wave propagation inclined to the tube axis would cause a helical shape of the Doppler excursion, visible as opposite velocity at the sides of the flux tube.

연구 동기 및 목표

• 이심 Ca ii H 선 프로파일을 이용하여 태양 코로나의 열역학적 구조에 대한 관측 제약 조건을 향상시키기 위해.
• 태양 가장자리 위에서 관측함으로써 광선 통합이 광합성층을 피함으로써 광합성층 오염을 제거하기 위해.
• 강한 밝아짐과 도플러 이동 간의 관계를 조사하여, 기초 역학 메커니즘을 추론하기 위해.
• 광합성층 기여가 없는 평균 이심 스펙트럼을 사용하여 정적 코로나 대기 모델을 시험하기 위해.
• 도플러 이동 패tern을 이용하여 자기력선 관통 내의 다양한 진동 모드(예: 나선형 대비 소세이지 모드)를 구별하기 위해.

제안 방법

• 2009년 독일 진공 타워 망원경(VTT)에서 POLIS 장치를 사용하여 고신호대잡음, 중해상도 슬릿 스펙트로그래프 데이터를 획득하였다.
• 실시간 적응광학(KAOS)을 적용하여 대기 왜곡을 보정하였으며, 가장자리에 수직인 슬릿 방향이었음에도 불구하고 고공간 해상도를 확보하였다.
• 다양한 도플러 이동 추적자(핵심 깊이 위치, 발광 피크 비율 H2V/H2R, 고정 파장에서의 강도 영상)를 사용하여 평균 및 개별 스펙트럼을 분석하였다.
• 2010년 캠프에 기반한 시간 시리즈 데이터를 활용하여 시간적 변화와 특징 식별을 평가하였지만, 잔광에 대한 보정은 완전하지 않았다.
• 관측된 도플러 이동 패턴을 자기력선 관통 내에서의 파동 전파 이론 모델과 비교하였으며, 특히 나선형 모드와 소세이지 모드를 구별하였다.
• 공개된 데이터 세트(41 MB)를 활용하여 공동체 사용과 향후 모델 및 분석 기법의 검증을 가능하게 하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 태양 가장자리 위 고도에 따라 평균 Ca ii H 선 프로파일은 어떻게 변화하며, 이는 코로나의 구조에 대해 무엇을 드러내는가?
• RQ2 이심 스펙트럼에서 관측된 도플러 이동의 성격은 무엇이며, 강도 증가와 어떻게 상관관계가 있는가?
• RQ3 관측된 속도 패턴은 비틀린 자기력선 관통을 따라 퍼지는 나선형 파동 전파에 의해 설명될 수 있는가?
• RQ4 관측된 도플러 이동 패턴은 소세이지 모드 진동에서 예상되는 패턴과 어떻게 다를까?
• RQ5 평균 이심 스펙트럼은 정적 코로나 대기 모델을 시험하는 데 어느 정도 활용될 수 있는가?

주요 결과

• 평균 이심 Ca ii H 프로파일은 가장자리로부터 약 2 Mm까지 선형 폭이 부드럽게 증가함을 보이며, 열운동 또는 난류 운동의 증가를 시사한다.
• 5 Mm 고도에서 선형 프로파일은 이중 피크 구조에서 단일 가우시안으로 전이되며, 주로 발광 메커니즘 또는 대기 조건의 변화를 시사한다.
• 모든 이심 스펙트럼은 가장 해상도가 낮은 공간 스케일에서 큰 변동성이 있는 도플러 이동을 보이며, 태양 가장자리에 평행한 컷에서 더 강한 변동성이 관측된다.
• 연장된 밝은 영역은 항상 그 길이 전반에 걸쳐 반대 극성의 도플러 이동으로 둘러싸여 있으며, 횡방향 속도 구조를 시사한다.
• 관측된 속도 패턴—밝은 영역 양쪽에서 반대 방향의 이동—은 소세이지 모드 진동이 아닌 나선형 파동 모드 또는 비틀린 힘선 관통 진동을 지지한다.
• 공개된 데이터 세트는 비- LTE 모델 테스트와 향후 Solar-C와 같은 미션의 고주기 스펙트럼 관측 검증을 위한 귀중한 자원을 제공한다.