[论文解读] ADAS analysis of the differential emission measure structure of the inner solar corona. II. A study of the `quiet Sun' inhomogeneities from SOHO CDS-NIS spectra

A. C. Lanzafame, David H. Brooks+1 more|ArXiv.org|Dec 6, 2004

Solar and Space Plasma Dynamics参考文献 26被引用 10

一句话总结

本研究对太阳风观测台/CDS-NIS的宁静太阳区域光谱应用微分发射度（DEM）分析，利用高空间和光谱分辨率数据评估日冕等离子体温度结构与离子化平衡。结果表明，除在电子密度较低（<2×10⁷ cm⁻³）且下流速度较高（>50 km s⁻¹）的区域外，2×80 arcsec²小区域内的DEM形状保持一致，这些区域显示偏离离子化平衡的迹象，从而影响局部DEM的可靠性，但大尺度平均值仍具稳健性。

ABSTRACT

We present a study of the differential emission measure (DEM) of a `quiet Sun' area observed in the extreme ultraviolet at normal incidence by the Coronal Diagnostic Spectrometer (CDS) on the SOHO spacecraft. The data used for this work were taken using the NISAT_S observing sequence. This takes the full wavelength ranges from both the NIS channels (308-381 Angtr. and 513-633 Angst.) with the 2 arcsec by 240 arcsec slit, which is the narrowest slit available, yielding the best spectral resolution. In this work we contrast the DEM from subregions of 2 by 80 arcsec$^2$ with that obtained from the mean spectrum of the whole raster (20 by 240 arcsec$^2$). We find that the DEM maintains essentially the same shape in the subregions, differing by a constant factor between 0.5 and 2 from the mean DEM, except in areas were the electron density is below $2 imes 10^7$ cm$^{-3}$ and downflow velocities of 50 km/s are found in the transition region. Such areas are likely to contain plasma departing from ionisation equilibrium, violating the basic assumptions underlying the DEM method. The comparison between lines of Li-like and Be-like ions may provide further evidence of departure from ionisation equilibrium. We find also that line intensities tend to be lower where velocities of the order of 30 km/s or higher are measured in transition region lines. The DEM analysis is also exploited to improve the line identification performed by Brooks et al (1999) and to investigate possible elemental abundance variations from region to region. We find that the plasma has composition close to photospheric in all the subregions examined.

研究动机与目标

• 评估在日冕等离子体不均匀条件下，微分发射度（DEM）分析在内日冕区域的可靠性。
• 调查离子化平衡的偏离是否影响宁静太阳区域DEM推导的温度分布。
• 评估空间不均匀性对DEM重建及谱线强度测量的影响。
• 利用高分辨率CDS-NIS数据改进谱线识别并评估元素丰度。
• 确定未解析的不均匀性或原子数据不准确是否主导了DEM结果中的差异。

提出的方法

• 应用数据自适应平滑（DAS）方法，结合ADAS中包含密度依赖的离子化与激发系数，将谱线强度反演为DEM分布。
• 使用SOHO/CDS-NIS 2011年观测序列，采用2×240 arcsec²扫描及2×80 arcsec²子区域，实现高光谱与空间分辨率。
• 将单个2×80 arcsec²段的DEM与完整20×240 arcsec²扫描的平均DEM进行比较，以评估空间一致性。
• 通过电子密度阈值（<2×10⁷ cm⁻³）和过渡区谱线中的下流速度（>50 km s⁻¹）评估离子化平衡的有效性。
• 对Li-like与Be-like离子线对（如Mg x与Mg ix）进行对比分析，以检测离子化非平衡状态。
• 利用每种元素的多条谱线，以光球成分作为参考，评估元素丰度。

实验结果

研究问题

• RQ1 在宁静太阳日冕中，微分发射度（DEM）结构在小空间子区域间是否保持一致？
• RQ2 过渡区中低电子密度与高速度在多大程度上表明偏离离子化平衡？
• RQ3 谱线强度差异与过渡区谱线中测得速度的相关性如何？
• RQ4 Li-like与Be-like离子线的比较能否揭示离子化非平衡的证据？
• RQ5 原子数据不确定性或未解析的不均匀性在多大程度上影响DEM与丰度测定？

主要发现

• 2×80 arcsec²子区域间的DEM形状保持一致，仅与平均DEM相差一个常数因子（0.5–2），表明温度结构稳定。
• 在电子密度低于2×10⁷ cm⁻³且下流速度超过50 km s⁻¹的区域，DEM重建显示出更高的不确定性，表明等离子体偏离离子化平衡。
• 在过渡区谱线中，速度≥30 km s⁻¹的区域，谱线强度系统性偏低，提示存在动态等离子体条件。
• 对Li-like（如Mg x、Al xi）与Be-like（如Mg ix、Al x）离子的比较显示，Li-like离子相对平衡状态出现系统性过量，表明存在离子化非平衡。
• 若仅使用Al x与Ca x谱线，丰度将约为光球成分的4倍；但若包含表1中所有谱线，则证实各子区域的丰度与光球成分一致。
• 对密度敏感谱线（如O iv、Ne vi、Mg vi、Si x、Mg vii）的差异表明原子数据存在不准确，这阻碍了可靠的双变量DEM分析。