[论文解读] Large-scale horizontal flows in the solar photosphere V: Possible evidence for the disconnection of bi-polar sunspot groups from their magnetic roots

Michal Švanda, M. Klvaña+1 more|Max Planck Institute for Plasma Physics|Aug 21, 2009

Solar and Space Plasma Dynamics参考文献 29被引用 5

一句话总结

本研究利用高时间分辨率的MDI多普勒数据，通过检测旋转速度的突然下降，为双极黑子群与其深层磁性根系之间的动态分离提供了观测证据。分析显示，在一个缩减样本中的78%的动态改变活跃区表现出与在太阳表面以下20–40 Mm处发生分离一致的行为，支持了Schüssler & Rempel（2005）的理论模型。

ABSTRACT

In a recent paper (Svanda et al., 2008, A&A 477, 285) we pointed out that, based on the tracking of Doppler features in the full-disc MDI Dopplergrams, the active regions display two dynamically different regimes. We speculated that this could be a manifestation of the sudden change in the active regions dynamics, caused by the dynamic disconnection of sunspots from their magnetic roots as proposed by Schuessler & Rempel (2005, A&A 441, 337). Here we investigate the dynamic behaviour of the active regions recorded in the high-cadence MDI data over the last solar cycle in order to confirm the predictions in the Schuessler's & Rempel's paper. We find that, after drastic reduction of the sample, which is done to avoid disturbing effects, a large fraction of active regions displays a sudden decrease in the rotation speed, which is compatible with the mechanism of the dynamic disconnection of sunspots from their parental magnetic structures.

研究动机与目标

• 调查太阳活跃区中的大尺度水平流动是否表现出旋转速度的突然变化，这些变化可作为其磁性根系与深层磁场发生分离的指示。
• 检验Schüssler & Rempel（2005）的理论预测，即浮力通量管在浮现过程中可能从其母体磁性结构中脱离。
• 利用多普勒速度追踪和阿尔芬速度建模，确定分离事件的深度与时间。
• 评估经历分离的活跃区比例，并评估湍流背景运动对掩盖分离信号的影响。

提出的方法

• 跟踪过去一个太阳周期内全盘MDI多普勒图中多普勒特征，测量活跃区的旋转速度。
• 应用样本缩减协议，排除受强扰动影响的区域，聚焦于清晰的动力学过渡。
• 利用模型S中的阿尔芬速度和对流速度分布，基于v_Alfven ≈ v_conv的条件，估算分离的深度限制。
• 通过最大面积与分离时间之间的时滞，假设脱离的磁通量向上传播，估算分离深度。
• 应用公式 $ A^*(r) = \frac{1}{\tilde{\rho}} \frac{d\ln p}{d\ln r} - \frac{d\ln \rho}{d\ln r} $ 建模对流特性，并约束分离的深度。
• 将观测到的旋转速度下降与Schüssler & Rempel（2005）的理论预期进行比较，以验证分离机制。

实验结果

研究问题

• RQ1 活跃区是否表现出与黑子群从其磁性根系动态分离一致的旋转速度突然变化？
• RQ2 双极黑子群从其磁性根系分离最可能发生在太阳表面以下多深的位置？
• RQ3 最大面积与分离时间之间的时滞如何反映脱离磁通量的向上传播速度？
• RQ4 为何观测到的分离率（全样本中为33%，缩减样本中为78%）低于理论预测的近乎普遍分离？
• RQ5 湍流背景运动在多大程度上掩盖了活跃区动力学中分离信号的检测？

主要发现

• 在动态改变的活跃区缩减样本中，78%的区域表现出旋转速度突然下降，与动态分离机制一致。
• 根据最大面积与分离时间之间的时滞，估计分离过程发生在太阳表面以下20至40 Mm的深度。
• 模型S中的阿尔芬速度与对流速度分布表明，分离发生在两者速度相近的位置，支持该深度估计。
• 全样本中仅有33%的区域显示出清晰的分离迹象，表明湍流运动或过早浮现可能在许多情况下掩盖了信号。
• 结果与Schüssler & Rempel（2005）的理论模型一致，但观测到的分离率低于预测值，提示检测方法或模型假设可能存在局限性。
• 本研究强调了需要更高分辨率方法和局部日震学技术，以确认深层磁场信号，并区分深层与浅层发电机模型。