[论文解读] Coronal transverse magnetohydrodynamic waves in a solar prominence

Takenori J. Okamoto, S. Tsuneta+11 more|ArXiv.org|Jan 13, 2008

Solar and Space Plasma Dynamics被引用 90

一句话总结

本研究基于Hinode SOT对太阳活动区暗条中横向振荡的观测，识别出沿丝状结构的相干、同相垂直运动，周期为130–250秒。这些波动被解释为磁通管上的传播阿尔芬波或快磁声kink模，其最小能量流约为~2.0×10⁶ erg s⁻¹ cm⁻²，若发生耗散，可能成为日冕加温的潜在机制。

ABSTRACT

Solar prominences are cool 10$^4$ Kelvin plasma clouds supported in the surrounding 10$^6$ Kelvin coronal plasma by as-yet undetermined mechanisms. Observations from \emph{Hinode} show fine-scale threadlike structures oscillating in the plane of the sky with periods of several minutes. We suggest these transverse magnetohydrodynamic waves may represent Alfvén waves propagating on coronal magnetic field lines and these may play a role in heating the corona.

研究动机与目标

• 研究利用高空间和时间分辨率观测到的太阳暗条中细结构振荡运动的性质与起源。
• 确定观测到的暗条丝状结构横向振荡是否与阿尔芬波或磁声模态一致。
• 估算这些波携带的能量通量，并评估其在日冕加温中的潜在作用。
• 基于观测到的振荡周期与振幅，约束磁场强度与波传播特性。

提出的方法

• 利用Hinode太阳光学望远镜（SOT）在Ca II H线（396.8 nm）进行高时间分辨率成像，观测具有精细结构的多丝状活动区暗条。
• 对1小时连续SOT影像序列进行时间分析，追踪单个暗条丝状结构的垂直、平面内振荡。
• 通过丝状结构长度上的相位相干性分析，推断波的传播特性并估算最小波长。
• 假设等离子体密度为10¹⁰ cm⁻³，利用观测到的振荡周期与最小速度振幅估算阿尔芬波速度。
• 使用公式ρv²V_A计算能量流，其中ρ为质量密度，v为振荡速度振幅，V_A为阿尔芬速度。
• 将观测到的波周期与理论阿尔芬截止周期进行比较，以推断磁场强度与波反射的约束条件。

实验结果

研究问题

• RQ1 观测到的暗条丝状结构横向振荡是否与传播的阿尔芬波或快磁声kink模一致？
• RQ2 这些波携带的最小能量通量是多少？其是否足以解释日冕加温？
• RQ3 基于波速与观测周期，估算暗条中的磁场强度为多少？
• RQ4 观测到的振荡周期与相位相干性如何与磁力线长度相关？
• RQ5 观测到的阿尔芬截止周期在波向日冕传输中的意义是什么？

主要发现

• 在暗条丝状结构中观测到周期为130至250秒的横向振荡，其中一条丝状结构的周期为240秒。
• 振荡在长达16,000公里的长度上保持相干性，表明整个丝状结构呈现同相运动，相位不确定性不超过周期的1/16。
• 基于相位相干性与周期，估算的振荡最小波长约为250,000公里。
• 波速估计大于1050 km s⁻¹，与阿尔芬波传播一致。
• 波携带的能量流最小估计值为2.0×10⁶ erg s⁻¹ cm⁻²，表明具有显著的能量通量。
• 推算出的磁场强度约为50 G，与活动区暗条磁场的测量值与模型结果一致。