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日冕亮点和日珥纵向振荡的高分辨率观测及其模拟研究

张擎旻  
【摘要】:日冕亮点是日冕中一种长寿命的小尺度增亮现象。人们普遍认为日冕亮点的加热机制是磁重联,但是关于它们的磁拓扑结构和重联的方式还知之甚少。我们利用高分辨率的Hinode/XRT和STEREO/EUVI望远镜的多波段观测资料仔细分析了2007年3月16日在日面中心附近的一大一小两个亮点。其光变曲线的特征都是长时间的增亮叠加若干间隔约1小时的准周期闪耀。我们据此提出亮点的光变曲线由两部分组成:缓慢的增亮和剧烈的闪耀。较大的亮点在闪耀期间总是伴随喷流的发生。基于光球视向磁图的势场外推显示两个亮点的上方均出现磁零点,都有穹顶状的扇面以及穿过顶点处磁零点的脊线。根据亮点的三维磁拓扑结构,我们认为亮点的闪耀和喷流源于零点处的剧烈磁重联,而长时间的缓慢增亮源于扇面的交换式(分量)重联。尽管高温极紫外波段观测到的日冕亮点与软X波段观测到的非常相似,但是低温极紫外波段的观测显示亮点在日冕低层是由尖角状的磁环和周围几个分散的亮核组成,它们分别源于零点附近和扇面的磁重联。 暗条的纵向振荡之前已经在Ha波段被观测到。我们利用高分辨率的多波段观测资料仔细研究了2007年2月8日太阳西边缘的活动区日珥振荡事件。Hinode/SOT的高分辨率观测显示在低分辨率的极紫外波段看到的向外凸的日珥在高分辨率的Ca Ⅱ H图像上其实是由许多向外凹的纤维组成,这也暗示了日珥中磁凹陷的存在。一团日珥物质注入到磁凹陷结构后开始沿磁力线来回振荡,并持续了至少三个半小时,周期约52分钟。振幅随时间指数衰减,衰减时标约133分钟。此外,我们也探讨了日珥纵向振荡作为后来日珥部分抛射以及日冕物质抛射(CME)前兆特征的可能性。 为了进一步探讨日珥作为整体纵向振荡的触发机制、衰减机制和回复力,我们利用公开的MPI-AMRVAC程序对日珥纵向振荡进行了一维辐射流体力学数值模拟。模拟的第一步是冷而密的日珥物质由于色球蒸发和热不稳定性在预先设定的磁凹陷中形成并生长。色球加热停止后,日珥自发松弛到热力学平衡态。静止的日珥在脉冲式的扰动作用下沿磁凹陷周期性振荡。我们首先利用Hinode/SOT高分辨率观测到的日珥磁凹陷位形作为初始条件进行模拟,模拟的振荡周期与观测值非常接近,意味着日珥重力沿磁环的分量是纵向振荡的回复力。模拟中振幅的衰减时标比观测值长约1.5倍。我们发现辐射损失是导致振荡衰减的主要因素,但不足以使振荡迅速衰减。今后的模拟或许应该加入波的泄漏等机制。之后,我们通过改变各种物理参数和磁环位形进行了大量模拟。结果表明磁环腿部脉冲加热和日珥的初始速度扰动都可以推动日珥整体同相位振荡。振幅随扰动的增加而增加,随凹陷深度的增加而减小。当扰动非常强的时候,部分日珥物质会沿磁环腿部落到色球,导致质量和动能的损失。日珥振荡周期与扰动无关,而是正比于2w/(?),其中2w和D分别代表凹陷的总长度和深度,这与单摆有点类似。沿磁环的重力分量是主要的回复力。在非绝热情况下,日珥振荡随时间衰减,衰减时标和衰减率(衰减时标与周期的比值)都随周期的增加而减小。当扰动非常强的时候,物质掉落也会加快振荡的衰减。
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