[论文解读] Active region upflows: 1. Multi-instrument observations

K. Vanninathan, M. S. Madjarska+3 more|arXiv (Cornell University)|Sep 18, 2015

Solar and Space Plasma Dynamics参考文献 43被引用 4

一句话总结

本研究利用太阳探路者（Hinode）、SDO 和 NSO 的多仪器观测数据，探究活动区（AR）喷流的起源。结果表明，色球喷流并未向日冕喷流提供等离子体，相反，磁通量扩散是驱动喷流的主要机制，且在约 105 km s⁻¹ 处存在一个持续存在的第二速度分量，提示可能存在双重物理机制。

ABSTRACT

Upflows at the edges of active regions (ARs) are studied by spatially and temporally combining multi-instrument observations obtained with EIS/Hinode, AIA and HMI/SDO and IBIS/NSO, to derive their plasma parameters. This information is used for benchmarking data-driven modelling of the upflows (Galsgaard et al., 2015). The studied AR upflow displays blueshifted emission of 5-20 km/s in Fe XII and Fe XIII and its average electron density is 1.8x10^9 cm^3 at 1 MK. The time variation of the density shows no significant change (in a 3sigma error). The plasma density along a single loop drops by 50% over a distance of 20000 km. We find a second velocity component in the blue wing of the Fe XII and Fe XIII lines at 105 km/s. This component is persistent during the whole observing period of 3.5 hours with variations of only 15 km/s. We also study the evolution of the photospheric magnetic field and find that magnetic flux diffusion is responsible for the formation of the upflow region. High cadence Halpha observations of the chromosphere at the footpoints of the upflow region show no significant jet-like (spicule/rapid blue excursion) activity to account for several hours/days of plasma upflow. Using an image enhancement technique, we show that the coronal structures seen in the AIA 193A channel is comparable to the EIS Fe XII images, while images in the AIA 171A channel reveals additional loops that are a result of contribution from cooler emission to this channel. Our results suggest that at chromospheric heights there are no signatures that support the possible contribution of spicules to AR upflows. We suggest that magnetic flux diffusion is responsible for the formation of the coronal upflows. The existence of two velocity components possibly indicate the presence of two different flows which are produced by two different physical mechanisms, e.g. magnetic reconnection and pressure-driven.

研究动机与目标

• 确定色球喷流是否参与维持活动区日冕喷流。
• 分析等离子体参数（包括电子密度和多普勒速度偏移）在活动区喷流中的时间演化。
• 研究光球层磁场动力学在日冕喷流形成中的作用。
• 评估色球发射和针状体样活动对喷流持续性的贡献。
• 为 Galsgaard 等人（2015）提出的活动区喷流数据驱动建模提供观测基准。

提出的方法

• 结合 Hinode/EIS（Fe xii, Fe xiii）、SDO/AIA（171 Å, 193 Å）、HMI（磁场）和 NSO/IBIS（Hα）的光谱与成像数据，实现高时间分辨率、多高度分析。
• 采用图像增强技术对比 AIA 171 Å 和 193 Å 通道与 EIS Fe xii 数据，识别较冷等离子体的贡献。
• 应用高时间分辨率分析，检测并追踪 Fe xii 和 Fe xiii 线中约 105 km s⁻¹ 处第二蓝移速度分量的持久性。
• 对电子密度（1 MK 时为 1.8 × 10⁹ cm⁻³）进行时间分辨分析，并评估其在 3σ 误差范围内的时间稳定性。
• 对光球层磁场进行势场外推，以评估磁通量演化与扩散过程。
• 量化 Hα 线轮廓的蓝移不对称性，以评估在色球足点是否存在 RBE 或 II 型针状体。

实验结果

研究问题

• RQ1 活动区喷流足点处的色球喷流或针状体样现象是否为日冕喷流中观测到的等离子体提供来源？
• RQ2 在 3.5 小时的时间内，活动区喷流中电子密度和多普勒速度的时间演化与稳定性如何？
• RQ3 Fe xii 和 Fe xiii 线中约 105 km s⁻¹ 处观测到的第二速度分量是否具有持久性且随时间变化？
• RQ4 与磁通量涌现相比，光球层磁通量扩散在日冕喷流形成中扮演何种角色？
• RQ5 多波段观测（AIA、EIS、Hα）在揭示活动区喷流的结构与辐射特性方面有何异同？

主要发现

• 活动区喷流区域在 Fe xii 和 Fe xiii 线中表现出 5–20 km s⁻¹ 的蓝移发射，1 MK 时平均电子密度为 1.8 × 10⁹ cm⁻³。
• 电子密度在 3.5 小时内保持稳定，未在 3σ 误差范围内出现显著变化，表明存在稳态质量供应机制。
• 在 Fe xii 和 Fe xiii 线的蓝翼中检测到一个持续存在的第二速度分量，约为 105 km s⁻¹，其变化幅度仅为 ±15 km s⁻¹。
• 高时间分辨率 Hα 数据中未观测到显著的喷流或针状体样活动；喷流足点处也未发现 RBE 典型的蓝移不对称性。
• 磁通量扩散而非磁通量涌现，被确定为驱动喷流区域形成的主要机制。
• AIA 171 Å 图像显示存在额外的较冷环结构，这些结构在 EIS Fe xii 中未被观测到，表明该波段存在来自低温等离子体的贡献。