[논문 리뷰] Temporal evolution of the Evershed flow in sunspots. I. Observational characterization of Evershed clouds

D. Cabrera Solana, L. R. Bellot Rubio외 2명|ArXiv.org|2007. 07. 18.

Solar and Space Plasma Dynamics참고 문헌 38인용 수 26

한 줄 요약

이 연구는 태양 spots의 Evershed 구름(ECs)에 대한 최초의 고주기, 고해상도 전 벡터 스펙트로폴라리메트릭 분석을 제시하며, 그들의 시간적 변화, 운동학적 성질 및 자기적 특징을 규명한다. ECs는 중간 펜큘라에서 반경 방향으로 외부로 이동하면서 도플러 이동이 증가하고 선형-원형 폴라리제이션 비율이 높아지며, 두 유형으로 나뉜다: 유형 I는 외부 펜큘라에서 사라지지만, 유형 II는 모트로 진입하여 속도가 감소하고 수명이 짧아지며 약 ~14분으로, 이는 광화상 환경과 자기장 구조와의 동적 상호작용을 시사한다.

ABSTRACT

[Abridged] The magnetic and kinematic properties of the photospheric Evershed flow are relatively well known, but we are still far from a complete understanding of its nature. The evolution of the flow with time, which is mainly due to appearance of velocity packets called Evershed clouds (ECs), may provide information to further constrain its origin. Here we undertake a detailed analysis of the evolution of the Evershed flow by studying the properties of ECs. In this first paper we determine the sizes, proper motions, location in the penumbra, and frequency of appearance of ECs, as well as their typical Doppler velocities, linear and circular polarization signals, Stokes V area asymmetries, and continuum intensities. High-cadence, high-resolution, full vector spectropolarimetric measurements in visible and infrared lines are used to derive these parameters. We find that ECs appear in the mid penumbra and propage outward along filaments with large linear polarization signals and enhanced Evershed flows. The frequency of appearance of ECs varies between 15 and 40 minutes in different filaments. ECs exhibit the largest Doppler velocities and linear-to-circular polarization ratios of the whole penumbra. In addition, lines formed deeper in the atmosphere show larger Doppler velocities, much in the same way as the ''quiescent'' Evershed flow. According to our observations, ECs can be classified in two groups: type I ECs, which vanish in the outer penumbra, and type II ECs, which cross the outer penumbral boundary and enter the sunspot moat. Most of the observed ECs belong to type I. On average, type II ECs can be detected as velocity structures outside of the spot for only about 14 min. Their proper motions in the moat are significantly reduced with respect to the ones they had in the penumbra.

연구 동기 및 목표

• Evershed 유동의 시간적 변화를 Evershed 구름(ECs)에 대한 세밀한 관측 분석을 통해 규명하는 것.
• ECs의 공간적 및 운동학적 성질, 즉 크기, 정상 운동, 수명 및 펜큘라 내 위치를 규명하는 것.
• 스토크스 프로파일과 폴라리제이션 신호를 분석하여 ECs와 자기장 간의 관계를 조사하는 것.
• 외부 펜큘라 경계와 태양 spots의 모트와의 상호작용에 기반한 전파 행동에 따라 ECs를 서로 다른 유형으로 분류하는 것.
• 도플러 속도와 폴라리제이션 비율이 대기 고도와 태양의 원반 중심에 따라 어떻게 달라지는지 탐구하는 것.

제안 방법

• TIP 및 POLIS 기구를 이용한 VTT와 DOT에서 수행된 고주기, 고해상도 전 스토크스 스펙트로폴라리메트리 측정을 통해 가시광선(630 nm) 및 적외선(1565 nm) 선을 관측하였다.
• 적응 광학(KAOS)을 적용하여 회절 한계 해상도(~0.17″–0.145″)를 확보하고 이미지 품질 저하를 최소화하였다.
• 고주기 데이터(주기 약 4분)에서 도플러 이동과 선형 프로파일 비대칭성을 분석하여 ECs를 식별하였다.
• 선 파rameter 분석과 스토크스 역해석을 통해 도플러 속도, 선형 및 원형 폴라리제이션 신호, 면적 비대칭성을 추출하였다.
• ECs는 유형 I(외부 펜큘라에서 사라짐) 또는 유형 II(모트로 진입함)로 분류되었으며, 이들의 수명, 속도 및 형태를 공간적·시간적으로 추적하였다.
• 선형 시야 효과를 보정하기 위한 기하학적 보정을 통해 EC 성질이 반경 방향과 원반 중심에 따라 어떻게 달라지는지 정량화하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 ECs의 크기, 정상 운동 및 수명은 중간 펜큘라에서 외부 펜큘라로, 그리고 모트로 이동함에 따라 어떻게 변화하는가?
• RQ2 ECs의 도플러 속도, 선형-원형 폴라리제이션 비율과 자기장 기하학적 구조 간의 관계는 주변 펜큘라 필라멘트와 비교해 볼 때 어떻게 되는가?
• RQ3 유형 I 및 유형 II ECs의 운동학적 및 형태적 변화에는 어떤 차이가 있는가? 특히 모트 내에서의 속도, 형태 및 지속 시간 측면에서 설명하라.
• RQ4 관측된 도플러 이동과 폴라리제이션 신호는 대기 고도와 태양 원반 중심에 따라 어떻게 상관관계를 가지는가?
• RQ5 ECs가 모트로 진입함에 따라 외부 펜큘라 경계와 조용한 광화상층을 얼마나 변화시키는가?

주요 결과

• Evershed 구름(ECs)은 중간 펜큘라에서 나타나며, 필라멘트 沿해 약 1.8 km s⁻¹의 정상 운동을 보이며, 유형 I ECs의 수명은 4분 관측 주기보다 짧다.
• 모트로 진입하는 유형 II ECs는 상당히 감소된 정상 운동(~0.9 km s⁻¹)을 보이며, 조용한 광화상층에서 속도 구조로서 약 14분간만 감지된다.
• ECs는 펜큘라 내에서 가장 큰 도플러 속도와 선형-원형 폴라리제이션 비율을 나타내며, 더 깊은 대기층에서의 선(1565 nm)은 더 강한 도플러 이동을 보여, 낮은 광화상층에서의 유동 증가를 시사한다.
• ECs는 내부 펜큘라의 인라스핀보다 밝지만, 중간 및 외부 펜큘라에서는 이 밝기 초과 현상이 사라진다.
• ECs의 도플러 속도는 그들의 정상 운동의 선형 시야 투영보다 체계적으로 크며, 상당한 수평 유동 성분이 있음을 시사한다.
• ECs는 반경 방향으로 멀어질수록 청색 이동, 선형-원형 폴라리제이션 비율 및 면적 비대칭성이 증가하며, 이는 그들 경로를 따라 증가하는 자기장 및 동적 교란을 시사한다.