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日冕磁片所支持的驻立扭曲模与腊肠模:流动的效应

陈延军  
【摘要】:传统上,光谱观测是太阳大气物理参数诊断的主要方法。但是,“磁震学”这一间接手段随着大量的低频波和震荡观测而受到越来越多的重视。另一方面,已有观测证实振荡结构中存在多周期现象。在磁震学应用中,越来越多的研究者考虑利用基模周期与高次谐模周期之比来推测大气的结构化特征。进一步地,观测证实太阳大气震荡结构中普遍存在纵向流动,且Alfven速度量级的流动也并不罕见。这类流动对于由磁震学推测得到的冕环参数有着不可忽视的影响,但其对多周期特性的影响至今仍无系统研究,而这正是本文的研究对象。 我们采用磁片模型。一方面,其结果可作为磁环模型的有力的理论参考,另一方面,这一选择使我们可以与目前仅有的静态磁片的解析结果(MacnaramaRoberts2011)直接比较,从而无歧义地推断流动对于磁片所支持驻波的多周期行为的影响。由一般磁流体(MHD)方程组出发,我们对于流动磁片所支持的行波色散特性进行了系统考察。此后,基于色散图形,我们构建了一种用于驻波周期比计算的简单图形方法,从而系统探讨了片内流动对于驻立kink模和sausage模之周期比的影响。 考虑有限βMHD环境,我们发现背景流动的存在增强了快波的色散,但是其对于kink模和sausage模的影响并不相同。对于kink模,相较于静态情形,流动所引起的P1/2P2减小幅度可达23%。且当存在一定流动时,(P1/2P2)min会显著低于静态情形的解析下限值(0.707)。特别地,即使对于细磁片情形,流动所引起的P1/2P2变化依旧不可忽略。对于sausage模,相较于静态情形,流动引起的P1/2P2减小不如kink模那么明显,其幅度为5%左右。但是它使得支持驻波出现的磁片截止横纵比(d/L)cutoff增大至静态情形时的几倍。这极大地限制了驻立sausage模的可观测性。 我们的方法并不局限于日冕环境,而适用于任意β的情形。但考虑低β日冕环境中,有限温度效应对于快模色散特性影响较小这一特点,我们采用零βMHD来对磁片模型进行描述。此时,驻波色散特性只取决于两个因素:磁片内外密度比ρ0/ρe和Alfven马赫数MA(以片内Alfven速度来衡量的片内流速)。我们系统探讨了流动横向结构化对于驻立kink模和sausage模的基模与高次谐模周期之化(包括1次、2次和3次谐模)的影响。发现对于kink模,当ρ0/ρe较大时,背景流动使得三类周期比(P1/2P2、P1/3P3和P1/4P4)的减小幅度甚至能达到30%以上。且流动增大到一定后,三类周期比最小值都会显著小于静态情形下的解析最小值(即0.707、0.577和0.5)。对于sausage模,流动所引起的周期比的整体减小幅度并不是那么明显。但是,它的存在使得(d/L)cutoff相较于静态情形的值可能大上一个量级。由此我们得到结论:当日冕磁片中存在明显流动时,其所引起的周期比影响必须要被计入到多周期现象的磁震学应用中。


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