[论文解读] The role of asymmetries in coronal rain formation during thermal non-equilibrium cycles

Gabriel Pelouze, F. Auchère+5 more|arXiv (Cornell University)|Oct 19, 2021

Solar and Space Plasma Dynamics参考文献 89被引用 20

一句话总结

本研究利用9,000组一维流体动力学模拟，探究为何太阳日冕环中某些热非平衡（TNE）循环会产生大量日冕雨，而其他循环则不会。研究发现，只有当加热精确补偿几何不对称性时，日冕雨才会形成；对称环在广泛的加热分布下均可形成日冕雨，而不对称环则需要对称加热才能使冷凝物持续存在足够长时间，冷却至色球层温度。

ABSTRACT

Context: Thermal non-equilibrium (TNE) produces several observables that can be used to constrain the spatial and temporal distribution of solar coronal heating. Its manifestations include prominence formation, coronal rain, and long-period intensity pulsations in coronal loops. The recent observation of abundant periodic coronal rain associated with intensity pulsations by Auch\`ere et al. allows to unify these two phenomena as the result of TNE condensation and evaporation cycles. On the other hand, many intensity pulsation events observed by Froment et al. show little to no coronal rain formation. Aims: Our goal is to understand why some TNE cycles produce such abundant coronal rain, while others produce little to no rain. Methods: We reconstruct the geometry of the event reported by Auch\`ere et al., using images from STEREO/SECCHI/EUVI and magnetograms from SDO/HMI. We then perform 1D hydrodynamic simulations of this event, for different heating parameters and variations of the loop geometry (9000 simulations in total). We compare the resulting behaviour to simulations of TNE cycles by Froment et al. that do not produce coronal rain. Results: Our simulations show that both prominences and TNE cycles (with and without coronal rain) can form within the same magnetic structure. We show that the formation of coronal rain during TNE cycles depends on the asymmetry of the loop and of the heating. Asymmetric loops are overall less likely to produce coronal rain, regardless of the heating. In symmetric loops, coronal rain forms when the heating is also symmetric. In asymmetric loops, rain forms only when the heating compensates the asymmetry.

研究动机与目标

• 理解决定日冕环中热非平衡（TNE）循环是否产生大量日冕雨的物理条件。
• 研究为何Froment等人（2015）观测到的某些TNE事件无日冕雨，而其他事件如“Auchère等人（2018）的‘彩虹’事件”则表现出强烈的降雨现象。
• 确定环几何形状与加热对称性在TNE循环期间促进或抑制日冕雨形成中的作用。
• 通过分析其对加热与几何形状的共同依赖性，调和同一磁结构中日珥与TNE循环共存的现象。

提出的方法

• 利用STEREO/SECCHI/EUVI图像与SDO/HMI磁图重建了‘彩虹’日冕环的三维几何形状。
• 对环进行了9,000组一维流体动力学模拟，变化体积分率加热、加热不对称性、环形状及横截面积扩展。
• 利用观测到的环几何形状与加热分布约束模拟参数，确保物理真实性。
• 将模拟结果与AIA、EUVI及Hα观测数据进行对比，以验证模型行为。
• 分析TNE循环演化过程，包括冷凝、蒸发与等离子体流动动力学，以识别日冕雨形成的条件。
• 基于Froment等人（2018）的环几何形状进行对比模拟，以比较对称与不对称环的行为差异。

实验结果

研究问题

• RQ1 什么决定了TNE循环是否会产生大量日冕雨或保持无雨状态？
• RQ2 日冕环的几何不对称性在TNE循环期间如何影响等离子体冷凝物的形成与存活？
• RQ3 加热对称性需在多大程度上补偿环的不对称性，才能使冷凝物冷却至色球层温度？
• RQ4 同一磁结构是否可能因加热与几何形状不同而同时产生带有或不带日冕雨的TNE循环？
• RQ5 哪些关键的加热与几何参数决定了从TNE循环向日珥样结构转变的条件？

主要发现

• 在对称环中，只要加热对称，无论加热强度如何，日冕雨均可形成，表明其具有广阔的参数空间。
• 在不对称环中，日冕雨仅在加热精确补偿几何不对称性时才会形成；否则，冷凝物在冷却至色球层温度前即被排出。
• ‘彩虹’事件源于强烈的、对称的足点加热，两腿的加热标高均为15 Mm，从而实现持续冷凝与日冕雨形成。
• 若‘彩虹’环的加热函数出现微小不对称，将导致日珥样结构的形成，与观测中雨在环顶开始的现象一致。
• 日珥形成与带或不带日冕雨的TNE循环可在同一磁构型中共存，仅取决于加热对称性与环几何形状的差异。
• 模拟证实，当冷凝物在达到色球层温度前被重新加热，尤其在加热不匹配的不对称环中，TNE循环将不产生日冕雨。