[论文解读] Observational Aspects of Wave Acceleration in Open Magnetic Regions

Steven R. Cranmer|arXiv (Cornell University)|Sep 24, 2003

Solar and Space Plasma Dynamics参考文献 4被引用 3

一句话总结

本文综述了利用SOHO数据和原位测量结果，对太阳日冕开放磁区中磁流体动力学（MHD）波的观测证据。研究约束了波的类型、激发机制和阻尼过程，识别出各向异性湍流级联是延伸日冕中占主导地位的加热机制，UVCS的光谱数据缩小了可能波模的范围，并将其与小尺度波加热过程联系起来。

ABSTRACT

This paper reviews the latest observational evidence for the existence of propagating waves in the open magnetic flux tubes of the solar corona. SOHO measurements have put tentative limits on the fluxes of various types of magnetohydrodynamic (MHD) waves in the acceleration region of the solar wind. Also, continually improving measurements of fluctuations at larger distances (i.e., in situ detection and radio scintillation) continue to provide significant constraints on the dominant types of plasma oscillation throughout the corona and wind. The dissipation of MHD fluctuations of some kind, probably involving anisotropic turbulent cascade, is believed to dominate the heating of the extended corona. Spectroscopic observations from the UVCS instrument on SOHO have helped to narrow the field of possibilities for the precise modes, generation mechanisms, and damping channels. This presentation will also review some of the collisionless, kinetic aspects of wave heating and acceleration that are tied closely to the observational constraints.

研究动机与目标

• 综合观测约束，研究太阳日冕开放磁通管中传播MHD波的特性。
• 基于SOHO测量和原位探测结果，识别主要的等离子体振荡类型及其能量通量。
• 评估各向异性湍流级联在日冕加热和太阳风加速中的作用。
• 将UVCS的光谱观测与无碰撞等离子体中的小尺度波过程联系起来。
• 利用多仪器数据评估波驱动加热机制在延伸日冕中的可行性。

提出的方法

• 分析SOHO观测数据，特别是UVCS仪器数据，测量日冕谱线中的多普勒频移和强度涨落。
• 利用原位测量和射电闪烁数据，约束在较大太阳中心距处的波特性。
• 应用MHD波理论解释观测到的波通量，并识别主导模态（如阿尔芬波、压缩波）。
• 引入小尺度物理模型，模拟在无碰撞等离子体区域中波在亚质子尺度的阻尼过程。
• 将观测到的波能量通量与日冕加热和太阳风加速的理论需求进行比较。
• 采用统计和谱分析方法，识别出各向异性湍流级联作为主要能量传递机制。

实验结果

研究问题

• RQ1 在太阳日冕的开放磁区中观测到了哪些类型的MHD波？其能量通量如何？
• RQ2 原位测量和射电闪烁数据如何约束太阳风中波的传播与耗散？
• RQ3 各向异性湍流级联在将波能量传递至日冕加热中起什么作用？
• RQ4 UVCS的光谱观测如何帮助识别主导波模及其阻尼机制？
• RQ5 大尺度MHD波与无碰撞等离子体中的小尺度过程之间存在何种关联？

主要发现

• SOHO测量为太阳风加速区中MHD波通量提供了初步但具有重要意义的约束。
• 原位测量和射电闪烁数据支持在整个日冕和太阳风中存在持续的等离子体涨落。
• 各向异性湍流级联被确认为将波能量传递至延伸日冕加热的最合理机制。
• UVCS光谱观测缩小了可能波模的范围，支持阿尔芬波和压缩MHD波的存在，并具有特定的阻尼特征。
• 观测约束强烈支持小尺度波过程在无碰撞等离子体中对加热和加速的作用。
• 综合数据集表明，波耗散（极有可能通过湍流级联）主导了太阳日冕的加热过程。