[论文解读] The solar chromosphere at high resolution with IBIS. II. Acoustic shocks in the quiet internetwork and the role of magnetic fields

A. Vecchio, G. Cauzzi+1 more|ArXiv.org|Jul 30, 2008

Solar and Space Plasma Dynamics参考文献 63被引用 53

一句话总结

本研究利用高分辨率IBIS观测数据对太阳色球层进行分析，表明在宁静内网区，声学激波强烈受到磁场的抑制，尤其是通过可见为色球纤维的水平磁场分量。研究结果揭示，即使在小尺度下，磁场拓扑结构也主导了色球层的动力学过程，挑战了纯粹的声学加热模型，并暗示在宁静区域的紫外诊断结果可能因磁场结构而产生偏差。

ABSTRACT

(Abridged) Aims: We characterize the dynamics of the quiet inter-network chromosphere by studying the occurrence of acoustic shocks and their relation with the concomitant photospheric structure and dynamics. Methods: We analyze a comprehensive data set that includes high resolution chromospheric and photospheric spectra obtained with the IBIS imaging spectrometer in two quiet-Sun regions. This is complemented by high-resolution sequences of MDI magnetograms of the same targets. From the chromospheric spectra we identify the spatio-temporal occurrence of the acoustic shocks. We compare it with the photospheric dynamics by means of both Fourier and wavelet analysis, and study the influence of magnetic structures. Results: Mid-chromospheric shocks occur as a response to underlying powerful photospheric motions at periodicities nearing the acoustic cut-off, consistent with 1-D hydrodynamical modeling. However, their spatial distribution within the supergranular cells is highly dependent on the local magnetic topology, both at the network and internetwork scale. Large portions of the internetwork regions undergo very few shocks, as "shadowed" by the horizontal component of the magnetic field. The latter is betrayed by the presence of chromospheric fibrils, observed in the core of the CaII line as slanted structures with distinct dynamical properties. The shadow mechanism appears to operate also on the very small scales of inter-network magnetic elements, and provides for a very pervasive influence of the magnetic field even in the quietest region analyzed.

研究动机与目标

• 研究磁场在结构化宁静太阳色球层动力学中的作用，特别是内网区的动力学过程。
• 利用高分辨率光谱数据，研究中色球层中声学激波的空间与时间发生特征。
• 评估光球层动力学与磁场拓扑结构对色球层激波特性和传播的影响。
• 确定磁性纤维是否作为‘阴影’，抑制色球层中声波能量的传输。
• 评估磁场结构对色球层加热模型以及宁静太阳区域紫外诊断的影响。

提出的方法

• 利用IBIS成像光谱仪获取钙II 854.2 nm（色球层）和铁I 709.0 nm（光球层）的高分辨率（0.3"空间，0.02 nm光谱）光谱数据。
• 补充使用高分辨率MDI磁图，以追踪光球层磁场及其演化过程。
• 通过分析Ca II 854.2 nm光谱中谱线轮廓的畸变与红移发射的时空特征，识别声学激波。
• 应用傅里叶与小波分析，将激波发生与光球层速度及磁场动力学相关联。
• 绘制激波在磁场结构与纤维中的空间分布，识别水平磁场引起的‘阴影’效应。
• 采用一维流体动力学模型，验证由光球层声波（接近声学截止频率，~5.5 mHz）驱动的激波特性的形成机制。

实验结果

研究问题

• RQ1 光球层声波在多大程度上驱动了宁静太阳内网区中色球层的激波？
• RQ2 局部磁场拓扑结构，特别是水平分量，如何调制色球层激波的发生与分布？
• RQ3 色球纤维在抑制或重新定向宁静色球层中声波能量方面发挥何种作用？
• RQ4 在缺乏强网络磁场的情况下，内网区磁场在多大程度上影响色球层的辐射与动力学结构？
• RQ5 磁场结构可能如何影响半经验色球层模型中所用紫外诊断的解释？

主要发现

• 中色球层中的声学激波主要由光球层运动驱动，其周期接近声学截止频率（~5.5 mHz），与一维流体动力学模型结果一致。
• 激波在超granular细胞内部的分布极不均匀，内网区因磁场拓扑结构而显著受抑制。
• 通过色球纤维揭示的水平磁场，作为‘阴影’显著减少激波的发生，尤其在纤维对齐强烈的区域。
• 该阴影效应即使在内网区尺度下也存在，表明磁场对宁静太阳区域色球层动力学具有普遍影响。
• 纤维并非被动示踪物，而是主动作用体，使色球层动力学与下层光球层运动脱耦，破坏垂直波传播。
• 紫外诊断形成于更高、密度更低的色球层区域，其结果可能主要受磁场贡献影响——即使在宁静区域亦然——暗示当前模型可能因未考虑磁场结构而产生偏差。