[论文解读] Horizontal flow fields observed in Hinode G-band images II. Flow fields in the final stages of sunspot decay

M. Verma, H. Balthasar+5 more|JAXA Repository (JAXA)|Dec 7, 2011

Solar and Space Plasma Dynamics参考文献 41被引用 21

一句话总结

本研究利用多波段 Hinode、SDO 和 VTT 观测数据，探究了白光斑的最终衰变阶段，发现即使本影消失后，仍存在持续的光球层环流和移动磁特征（MMFs）。主要发现包括：检测到径向 MMF 轨迹，色球层 Hα 中出现超本影结构，以及在衰变后光球层中存在一致且低发散的流动模式，表明磁通量扩散在对流中留下持久的痕迹。

ABSTRACT

We present a subset of multi-wavelengths observations obtained with the Japanese Hinode mission, the Solar Dynamics Observatory (SDO), and the Vacuum Tower Telescope (VTT) at Observatorio del Teide, Tenerife, Spain during the time period from 2010 November 18-23. Horizontal proper motions were derived from G-band and Ca II H images, whereas line-of-sight velocities were extracted from VTT Echelle H-alpha 656.28 nm spectra and Fe I 630.25 nm spectral data of the Hinode/Spectro-Polarimeter, which also provided three-dimensional magnetic field information. The Helioseismic and Magnetic Imager on board SDO provided continuum images and line-of-sight magnetograms as context for the high-resolution observations for the entire disk passage of the active region. We have performed a quantitative study of photospheric and chromospheric flow fields in and around decaying sunspots. In one of the trailing sunspots of active region NOAA 11126, we observed moat flow and moving magnetic features (MMFs), even after its penumbra had decayed. We also noticed a superpenumbral structure around this pore. MMFs follow well-defined, radial paths from the spot all the way to the border of a supergranular cell surrounding the spot. In contrast, flux emergence near the other sunspot prevented it from establishing such well ordered flow patterns, which could even be observed around a tiny pore of just 2 Mm diameter. After the disappearance of the sunspots/pores a coherent patch of abnormal granulation remained at their location, which was characterized by more uniform horizontal proper motions, low divergence values, and diminished photospheric Doppler velocities. This region, thus, differs significantly from granulation and other areas covered by G-band bright points. We conclude that this peculiar flow pattern is a signature of sunspot decay and the dispersal of magnetic flux.

研究动机与目标

• 理解白光斑最终衰变阶段中光球层和色球层流动场的动力学特征。
• 研究移动磁特征（MMFs）和环流在本影结构消失后磁通量扩散中的作用。
• 检查白光斑完全消失后，是否仍存在一致的流动模式，以及其与米粒组织或亮斑区域的差异。
• 确定色球层结构如超本影是否在光球层衰变后依然存在，以反映磁场的持久性。
• 评估磁通量涌现和磁拓扑结构在衰变过程中对流动组织的影响，特别是在弱或碎片化白光斑中的作用。

提出的方法

• 利用 Hinode（G-带、Ca II H、光谱偏振仪）、SDO/HMI（连续谱和磁图）以及 VTT（Hα 和 Fe I 线）的多波段观测数据，分析流动场。
• 通过图像互相关技术，从 G-带和 Ca II H 图像中推导出水平视向速度。
• 从高分辨率 VTT Echelle 光谱图中提取 Hα 和 Fe I 线处的视向速度。
• 基于 Hinode/光谱偏振仪数据重建三维磁场矢量。
• 计算时间平均流动图和发散场，以识别衰变后的持久模式。
• 对有本影或 MMFs 与无本影或 MMFs 区域的流动结构进行对比分析，评估磁场对对流的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 在白光斑本影完全衰变后，环流和移动磁特征（MMFs）是否仍在光球层中持续存在？
• RQ2 在衰变过程中，MMFs 与色球层结构（如超本影）之间的空间和运动学关系如何？
• RQ3 在白光斑附近存在磁通量涌现时，其对水平流动组织的影响与孤立衰变白光斑相比有何不同？
• RQ4 在白光斑最后的暗斑特征完全消失后，光球层中会形成何种独特的流动模式？
• RQ5 分散的磁场在衰变后对对流模式的影响程度如何，这通过发散场和速度场的特征如何体现？

主要发现

• 在衰变白光斑 A 周围持续观测到 MMFs，直至其最终消失，其中 II 型和 U 形 MMFs 共同促成了组织良好的环流。
• 即使在 11 月 18 日的 G-带图像中本影已消失，Hα 线心图像仍显示存在持久的超本影结构，表明色球层磁特征的持续时间长于光球层特征。
• 一个直径 2 Mm 的无本影纤维的孔仍存在 MMFs，挑战了 Evershed 流与 MMFs 紧密耦合的假设。
• 在最后一个白光斑特征消失后，光球层中仍存在一致且低发散的流动模式，与米粒组织和亮斑区域显著不同。
• 衰变区域的色球层流动速度较早期阶段有所增加，表明磁场对大气动力学的影响持续时间更长。
• 衰变后的流动模式——以均匀运动、低发散和减弱的多普勒速度为特征——被识别为分散磁通量影响对流的标志。