[논문 리뷰] The three-dimensional structure of sunspots II. The moat flow at two different heights

H. Balthasar, K. Muglach|arXiv (Cornell University)|2009. 12. 18.

Solar and Space Plasma Dynamics참고 문헌 35인용 수 10

한 줄 요약

이 연구는 2006년 5월 27일, NOAA 10886를 중심으로 한 TRACE 위성으로부터 확보한 동시에 촬영된 화이트 라이트(WL) 및 170 nm 자외선(UV) 관측을 이용하여 sunspot의 모래대 유동의 3차원적 구조를 조사한다. UV로 유도된 속도는 내부 모래대에서 빠르게 움직이는 자기 밝은 점(MMFs)으로 인해 WL 속도를 초과하는 것으로 드러났으며, 반면 외부 모래대에서는 WL 속도가 더 높아, WL은 일반적인 플라즈마 유출을 반영하는 반면 UV는 자기 구조의 역학을 반영함을 시사한다.

ABSTRACT

Many sunspots are surrounded by a radial outflow called the moat flow. We investigate the moat flow at two different heights of the solar atmosphere for a sunspot whose magnetic properties were reported in the first paper of this series. We use two simultaneous time series taken with the Transition Region And Coronal Explorer (TRACE) in white light and in the UV at 170 nm. The field-of-view is centered on the small sunspot NOAA 10886 located near disk center. Horizontal velocities are derived by applying two different local correlation tracking techniques. Outflows are found everywhere in the moat. In the inner moat, the velocities from the UV series are larger than those from white light, whereas in the outer part of the moat we find the converse result. The results imply that the white light velocities represent a general outflow of the quiet sun plasma in the moat, while UV velocities are dominated by small bright points that move faster than the general plasma flow.

연구 동기 및 목표

• 두 가지 대기 높이에서의 수평 속도를 비교함으로써 태양흑점의 모래대 유동의 수직적 구조를 조사하기 위해.
• 화이트 라이트(광구면) 및 UV(색구름층) 속도 측정이 동일한 물리적 유출을 반영하는지 아니면 다른 성분을 반영하는지 확인하기 위해.
• 이동하는 자기 구조물(MMFs)이 모래대 역학에서 수행하는 역할을 일반 플라즈마 유출과의 비교를 통해 명확히 하기 위해.
• 지역 상관 추적(LCT) 기법이 WL 및 UV 데이터 간의 속도 차이를 해소하는 데 있어 신뢰성 있는지 평가하기 위해.

제안 방법

• 2006년 5월 27일, TRACE 위성으로부터 NOAA 10886를 중심으로 동시에 촬영된 화이트 라이트(170 nm) 및 자외선(170 nm) 이미지의 시간 시리즈를 확보하였다.
• 두 데이터 세트에 대해 지역 상관 추적(LCT)을 적용하였으며, 이는 해상도가 낮은 LCT(CLCT, 4픽셀 상자)와 해상도가 높은 LCT(FLCT, 4픽셀 가우시안 커널)의 두 변형을 사용하였다.
• 모래대 영역에서 강도 패턴 추적을 통해 수직 및 탄성 수평 속도를 유도하였으며, 속도장은 태양 대기 전반에 걸쳐 맵핑되었다.
• 일반적인 플라즈마 유출(WL)과 밝은 자기 구조물의 운동(UV)을 구별하기 위해 WL 및 UV 데이터 간의 결과를 비교하였다.
• 내부 및 외부 모래대 영역을 비교하기 위해 반경 방향의 밴드로 나누어 속도 프로파일을 분석하였으며, 모래대의 범위는 태양흑점 중심으로부터 약 27 Mm까지로 정의되었다.
• CLCT와 FLCT 간의 통계적 비교를 수행하여 속도 추정의 방법론적 차이를 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 광구면(화이트 라이트)과 저색구름층(170 nm 자외선) 사이의 모래대 유동 속도는 어떻게 다를까?
• RQ2 내부 모래대 영역과 외부 모래대 영역에서 화이트 라이트와 자외선으로 유도된 속도 간의 괴리 원인은 무엇인가?
• RQ3 모래대 내의 자외선 밝은 점은 이동하는 자기 구조물(MMFs)을 대표하는가, 그리고 일반 플라즈마보다 더 빠르게 움직이는가?
• RQ4 LCT 기법(CLCT 대비 FLCT)이 모래대 영역의 측정된 속도 프로파일에 어느 정도의 영향을 미치는가?
• RQ5 모래대 유동은 통합된 플라즈마 유출인지, 아니면 고립된 자기 구조물의 운동이 지배적인가?

주요 결과

• 모래대 영역은 화이트 라이트 및 자외선 데이터 양쪽 모두에서 중심으로부터 약 27 Mm까지 확장되는 반경 방향의 유출을 나타낸다.
• 내부 모래대(약 15 Mm 이내)에서는 자외선으로 유도된 속도가 화이트 라이트 속도를 초과하며, 이는 고속으로 움직이는 밝은 점이 자외선 신호를 지배함을 시사한다.
• 외부 모래대(약 15 Mm 초과)에서는 화이트 라이트 속도가 자외선 속도를 초과하며, 이는 이 영역에서 일반적인 플라즈마 유출이 개별 밝은 점의 운동보다 더 강함을 시사한다.
• 자외선과 화이트 라이트 데이터 간의 속도 차이는 통계적으로 유의미하며, 측정 오차로 기인하지 않음이 확인되었다.
• 반그림자 영역에서는 내향 운동이 관측되었으며, 주로 자외선 데이터에서 관측되었지만, TRACE의 공간 해상도로 인해 제한이 있었다.
• 모래대 외부에서는 화이트 라이트 데이터에서 초과그리드 패턴이 반경 방향 속도의 고리 형태의 구조와 번갈아가는 탄성 유동으로 나타났다.