[论文解读] The three-dimensional structure of sunspots II. The moat flow at two different heights

H. Balthasar, K. Muglach|arXiv (Cornell University)|Dec 18, 2009

Solar and Space Plasma Dynamics参考文献 35被引用 10

一句话总结

本研究利用TRACE卫星在2006年5月27日获取的同步白光（WL）和170 nm紫外（UV）观测数据，研究黑子周边流的三维结构。结果表明，在内周边区，UV推导的流速高于白光流速，这是由于快速移动的磁亮斑（MMFs）所致；而在外周边区，白光流速高于UV流速，表明白光反映的是等离子体的整体外流，而UV则反映磁化结构的动力学特征。

ABSTRACT

Many sunspots are surrounded by a radial outflow called the moat flow. We investigate the moat flow at two different heights of the solar atmosphere for a sunspot whose magnetic properties were reported in the first paper of this series. We use two simultaneous time series taken with the Transition Region And Coronal Explorer (TRACE) in white light and in the UV at 170 nm. The field-of-view is centered on the small sunspot NOAA 10886 located near disk center. Horizontal velocities are derived by applying two different local correlation tracking techniques. Outflows are found everywhere in the moat. In the inner moat, the velocities from the UV series are larger than those from white light, whereas in the outer part of the moat we find the converse result. The results imply that the white light velocities represent a general outflow of the quiet sun plasma in the moat, while UV velocities are dominated by small bright points that move faster than the general plasma flow.

研究动机与目标

• 通过比较两个大气高度处的水平速度，研究黑子周边流的垂直结构。
• 确定白光（光球层）和紫外（色球层）速度测量是否反映相同的物理外流，或不同的组分。
• 通过将磁性特征的运动与整体等离子体外流进行比较，阐明移动磁性特征（MMFs）在周边流动力学中的作用。
• 评估局部互相关追踪（LCT）技术在分辨白光与紫外数据之间速度差异方面的可靠性。

提出的方法

• 2006年5月27日，使用TRACE卫星对NOAA 10886太阳黑子中心获取了同步的白光（170 nm）和紫外（170 nm）图像时间序列。
• 对两组数据均应用了局部互相关追踪（LCT）方法，采用两种变体：粗略LCT（CLCT）使用4像素方框，精细LCT（FLCT）使用4像素高斯核。
• 通过在周边区域追踪亮度图案，推导出径向和切向水平速度，并将速度场映射至太阳大气层。
• 将白光与紫外数据的结果进行比较，以区分整体等离子体外流（白光）与亮磁性特征的运动（紫外）。
• 在径向分区内分析速度剖面，以比较内周边与外周边区域，其中周边定义为从太阳黑子中心延伸至约27 Mm的范围。
• 对CLCT与FLCT进行统计比较，以评估速度估计中方法学差异的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 光球层（白光）与低色球层（170 nm紫外）的周边流速度有何不同？
• RQ2 在内周边区与外周边区，白光与紫外推导速度之间的差异由何原因造成？
• RQ3 周边区域的紫外亮斑是否代表移动磁性特征（MMFs），且其运动是否快于周围等离子体？
• RQ4 LCT技术（CLCT与FLCT）在多大程度上影响了周边区域测得的速度剖面？
• RQ5 周边流是连贯的等离子体外流，还是主要由孤立磁性结构的运动主导？

主要发现

• 周边区域在白光与紫外数据中均表现出径向外流，流速延伸至太阳黑子中心约27 Mm处。
• 在内周边区（约15 Mm以内），紫外推导的速度高于白光速度，表明快速移动的亮斑主导了紫外信号。
• 在外周边区（超过约15 Mm），白光速度高于紫外速度，表明此区域的整体等离子体外流强于单个亮斑的运动。
• 紫外与白光数据间的速度差异具有统计显著性，且不能归因于测量误差。
• 在半 umbra 区域检测到向内运动，主要出现在紫外数据中，尽管受TRACE空间分辨率限制。
• 在周边区域之外，白光数据中可见超granulation结构，表现为径向速度的环状结构及交替的切向流。