The flows in and around sunspots are rich in detail. Starting with the Evershed flow along low-lying flow channels, which are cospatial with the horizontal penumbral magnetic fields, Evershed clouds may continue this motion at the periphery of the sunspot as moving magnetic features in the sunspot moat. Besides these well-ordered flows, peculiar motions are found in complex sunspots, where they contribute to the build-up or relaxation of magnetic shear. In principle, the three-dimensional structure of these velocity fields can be captured. The line-of-sight component of the velocity vector is accessible with spectroscopic measurements, whereas local correlation or feature tracking techniques provide the means to assess horizontal proper motions. The next generation of ground-based solar telescopes will provide spectropolarimetric data resolving solar fine structure with sizes below 50 km. Thus, these new telescopes with advanced post-focus instruments act as a "zoom lens" to study the intricate surface flows associated with sunspots. Accompanied by "wide-angle" observations from space, we have now the opportunity to describe sunspots as a system. This review reports recent findings related to flows in and around sunspots and highlights the role of advanced instrumentation in the discovery process.
在太阳黑子本影区,对流在很大程度上被强磁场所抑制。以前的测量报告可以忽略不计的对流在影核。基于此,许多研究以本影为零参考来计算周围活动区的多普勒速度。为了弄清本影最暗部分的对流运动量,我们以前所未有的准确度和精度直接测量了多普勒速度。我们用德国真空塔望远镜的激光绝对参考光谱仪(LARS)对太阳黑子本影进行了光谱观测。激光频率梳能够校准高分辨率光谱仪和绝对波长位置。一个彻底的光谱校准,包括参考波长的测量,产生的谱线Ti i 5713.9 nm的多普勒频移的不确定性约为5 m s-1。测得的多普勒频移是本影对流和磁声波的组合。对于对流移动的分析,我们对每个序列进行时间平均以减少叠加的波信号。与宁静太阳中高达-350 m s-1的对流蓝移相比,太阳黑子本影产生约-30 m s-1的强烈减少的对流蓝移。{W}e发现太阳黑子本影中的速度与磁场强度显著相关,但也与定义钛线深度的本影温度显著相关。垂直向上运动随场强的增加而减小。将线性近似外推到零磁场再现了测量到的安静太阳蓝移。简单地将黑子本影作为光球多普勒图计算的零速度参考,可能意味着系统速度误差。
Direct measurement results of the time lag of LOS-velocity oscillations between two heights in solar faculae and sunspots
我们提出了一个调查的视线(LOS)的速度振荡的太阳光斑和黑子。为了研究色球振荡与光球振荡之间的相位关系,我们测量了一组谱线对中若干光斑和黑子的色球信号相对于光球信号的时滞。对于不同的对象,测量的时间滞后是不同的。对于SiI 10827-HeI 10830对,光斑中5分钟带内振荡之间的平均测量延迟为50 s;对于FeI 6569-H-alpha 6563对,平均延迟为20 s;对于FeI 4551-BaII 4554对,平均延迟为7 s;对于SiI 8536-CaII 8542对,平均延迟为20 s。对于太阳黑子本影中3分钟波段的振荡,Si I 10827-He I 10830对的平均延迟为55秒; Fe I 6569-H-α 6563对的平均延迟无法确定; Fe I 4551-Ba II 4554对的平均延迟为6秒; Si I 8536-Ca II 8542对的平均延迟为21秒。测得的延迟对应于波的传播速度,该速度明显超过光球层中通常采用的声速。这就提出了这些振荡的起源问题。不排除我们处理慢磁流体波的可能性。
Evolution of the flow field in decaying active regions, Transition from a moat flow to a supergranular flow
本文利用SDO/HMI多普勒图分析了太阳黑子衰变过程中水平流场的扩展和8个黑子周围的水平速度,研究了黑子衰变过程中水平流场的演化。通过假设径向对称流场,应用的分析方法确定了方位平均流场的径向依赖性。为了比较,我们使用相同的技术研究了超颗粒中的流动。所有调查,完全成熟的太阳黑子周围的流场,其水平速度剖面不断减少,从881米秒$^{-1}$在1.1毫米的斑点边界,下降到199米秒$^{-1}$在一个平均距离为11.9毫米的边界。然而,一旦半影完全溶解,流动的速度剖面就会发生变化:水平速度随着到点边界的距离的增加而增加,直到达到约398 m s $^{-1}$的最大值。然后,水平速度随着距离光斑边界的距离的增加而减小。在超颗粒中,水平速度随着到其中心的距离的增加而增加,最大平均速度为355 m s $^{-1}$。对于较大的距离,水平速度减小。因此,我们发现,裸露的太阳黑子的速度剖面类似于超颗粒流。单个太阳黑子周围流场的演化受太阳黑子衰变方式以及与周围流场相互作用的影响。对八个正在衰变的太阳黑子周围的流动的观测表明,只要半影存在,太阳黑子及其护城河细胞就会嵌入网络细胞中。半影区的消失(以及随后的护城河流)和周围的超颗粒细胞的竞争,都在流场的演变中起着重要的作用:护城河细胞转变为超颗粒,它承载着剩下的裸点。
Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP)(波茨坦阿斯特罗物理莱布尼茨研究所);Institut für Physik und Astronomie, Universität Potsdam(波茨坦大学物理与天文学研究所);Institut für Sonnenphysik (KIS)(太阳物理研究所);Hansa-Gymnasium(汉萨中学);Instituto de Astrofísica de Canarias(加那利群岛天体物理研究所);Universidad de La Laguna(拉古纳大学);Udaipur Solar Observatory, Physical Research Laboratory(乌代浦尔太阳观测站,物理研究实验室);Astronomical Institute of the Czech Academy of Sciences(捷克科学院天文研究所)
Tracing sunspot groups to determine angular momentum transfer on the Sun
本文的目的是调查雷诺应力,并检查是否是合理的,他们负责向太阳赤道的角动量转移。分析了纬向速度、自转速度残差以及速度之间的相关性。我们使用了来自GPR(格林威治摄影结果)和SOON/USAF/NOAA(太阳观测光学网络/美国空军/国家海洋和大气管理局)数据库的太阳黑子群位置测量结果,涵盖了1878年至2011年的时间段。为了计算速度,我们使用了太阳黑子群的日常运动。为了避免太阳临边效应,样本也被限制在中央子午线距离(CMD)的$\pm$ 58 \degr。我们主要研究了太阳活动周期相位和纬度对速度分布的影响。我们发现,太阳黑子群的纬向运动是从所有可用的纬度和太阳周期的所有阶段的活动中心。椭圆速度的范围是$\pm10$ m s $^{-1}$。水平雷诺应力在所有可用纬度上均为负值,表明在$b\approx\pm$ 30 $^{0}$处存在最小值($q\approx$ - 3000 m $^2$ s $^{-2}$)。在我们的惯例中,这意味着角动量向太阳赤道传输,与观测到的太阳旋转轮廓一致。
Magneto-acoustic waves in sunspots from observations and numerical simulations
本文研究了黑子光球层到色球层的波的传播。从时间序列的同空间钙II H(包括其线混合)的强度谱和偏振光谱的Si I 1082.7 nm和He I 1083.0 nm,我们检索的视线速度在几个高度。相位差和放大谱的分析示出了频率低于4 mHz的驻波和更高频率的传播波,并且允许我们推断线形成的温度和高度。利用这些观测数据,我们建立了一个太阳黑子模型,并介绍了用光球Si I 1082.7nm谱线作为驱动源测量的速度。数值传播的波型与使用在较高层形成的线观察到的相当吻合,并且模拟再现了许多观察到的特征。观测到的波是沿磁力线纵向传播的慢磁流体动力学波。
利用\it Hinode上的宽带滤波成像仪(BFI)获得的三个时间序列的蓝色连续图像,分析了日心角从$30^\circ$到$48^\circ$的黑子半影暗条的扭曲运动。研究了扭曲运动与暗条亮度、暗条内位置和半影内位置的关系。只有某些部分的长丝显示出扭转运动。从统计学意义上讲,最靠近本影的长丝扭转部分最亮,扭转运动最快,平均扭转速度为2.1 km s $^{-1}$。灯丝扭曲部分的中间和外部部分(离本影越来越远)亮度较低,其平均速度分别为1.7,km,s $^{-1}$和1.35,km,s $^{-1}$。所观察到的朝向长丝的外部区段的亮度和加捻速度的降低可能是由于减少了沿着长丝的长轴的向上流动。没有显着的变化的扭曲速度作为视角的函数被发现。亮度和速度的相关性表明,翻转对流引起的半影灯丝观察到的扭曲运动,可能是所需的能量的来源,以保持亮度的灯丝。
Spectropolarimetry of Sunspot Penumbrae -- A Comprehensive Study of the Evershed Effect Using High Resolution Data from the Space-Borne Solar Observatory HINODE
Sudden Photospheric Motion and Sunspot Rotation Associated with the X2.2 Flare on 2011 February 15
日震和磁成像仪提供45秒的节奏强度图像和720秒的节奏矢量磁图。这些前所未有的高节奏和高分辨率数据为我们提供了一个独特的机会来研究与耀斑相关的光球流和太阳黑子旋转的变化。分别采用微分仿射速度估计方法和傅立叶局部相关跟踪方法,计算了2011年2月15日NOAA AR 11158耀斑期间光球流的速度和涡度,并研究了X2. 2耀斑前后光球流的时间演化.结果表明,在耀斑的脉冲阶段,耀斑磁极性反转线附近的剪切流突然减小,两个主黑子的自转运动都发生了突变。这些结果在Hudson等人(2008)和Fisher等人(2012)提出的洛伦兹力变化的背景下进行了讨论。这一机制可以解释光球矢量磁场的快速不可逆变化与观测到的耀斑短期运动之间的联系。特别地,由水平洛伦兹力变化提供的扭矩与所测量的角加速度所需的一致。
Prediction for the amplitude and second maximum of Solar Cycle 25 and a comparison of the predictions based on strength of polar magnetic field and low latitude sunspot area
Fine Structure and Formation Mechanism of a Sunspot Bipolar Light Bridge in NOAA AR 13663
Peking University(北京大学);National Space Science Center, Chinese Academy of Sciences(中国科学院国家空间科学中心);Yunnan Observatories, Chinese Academy of Sciences(中国科学院云南天文台);Leibniz Institute for Astrophysics Potsdam(波茨坦阿基米德莱布尼茨研究所)
研究通过高分辨率观测揭示了NOAA AR 13663日珥双极光桥的精细结构,发现其由半影细丝状结构构成,源于相反极性日珥的汇聚与剪切运动,最终形成BLB。
Physical Properties of a Sunspot Chromosphere with Umbral Flashes
我们提出了对太阳黑子本影闪光的新的高分辨率分光偏振Ca II 8542观测结果。在近0.18”,并跨越约一个小时的连续观察,这是迄今为止公布的最详细的数据集。我们的研究涉及LTE和非LTE反演(但也包括弱场分析作为健全性检查),以量化温度,质量流量和完整的磁场矢量几何形状。我们证实了早先的报道,超高频有非常精细的结构,热和冷的材料在亚弧秒尺度上混合。冲击波阵面比周围的物质热大约1000 K。我们没有观察到本影中的场的显著波动。然而,在半影中,运行的半影波的通过使磁场强度改变约200 G(峰-峰幅度),但它不改变场的方向(至少在我们几度的灵敏度内不显著)。我们发现对于视线速度和磁场强度,随着磁场倾斜度的增加,高频调制功率有减小的趋势。在外部半影中,我们发现没有高频功率,而朝向本影的高频功率越来越多。
太阳活动区表现出各种各样的振荡现象。磁场的存在导致了几种波模的出现,其行为由太阳黑子的热结构和磁结构决定。我们的目的是研究在高光球层观测到的本影波和半影波与黑子磁场拓扑结构之间的关系。太阳黑子在活动区NOAA 12662的观测是在2017年6月17日获得的,使用的是格里戈尔望远镜(Observatorio del Teide,西班牙)。该数据集包括一个时间序列的Fe I 5435线获得的成像光谱仪格雷戈里法布里-珀罗干涉仪(GFPI)和光谱偏振光栅地图获得的格雷戈里红外光谱仪(GRIS)在10830毫微米光谱区域。由恢复的Fe I 5435线确定了多普勒速度,由Ca I 10839线和Si I 10827线的分光偏振反演确定了黑子的磁场矢量。在Fe I 5435线的二维速度图的演化过程中,发现了一个双臂螺旋波阵面。波前最初在本影内部逆时针移动,当它们到达本影-半影边界时,发展成径向向外传播的半影波。波前的水平传播近似地遵循磁场的方向,这示出了磁扭曲随高度和水平位置的变化。螺旋波阵面被解释为沿磁场线向上传播的慢磁声波的视觉图案。它们的视水平传播是由于它们顺序到达Fe I 5435线的形成高度处的不同水平位置,如由磁场的倾斜度和取向所给出的。
Lateral downflows in sunspot penumbral filaments and their temporal evolution
我们研究的时间演化的下降流观察到的侧边缘的半影细丝在太阳黑子位于非常接近的磁盘中心。我们的分析是基于一系列的近衍射极限扫描的Fe I 617.3 nm线采取的CRisp成像分光偏振仪在瑞典1米太阳望远镜。我们计算多普勒从所观察到的强度分布使用线平分线和过滤所产生的亚音速振荡的速度图。在中心侧半影中,横向下降流到处都是小的、弱的红移斑块,靠近或沿着蓝移的流动通道的边缘。这些斑块具有间歇性的生命,并经常经历合并和破碎。横向下降流与宿主细丝一起移动,并对它们的形状变化做出反应,非常类似于宁静太阳中颗粒对流的演变。中心半影的亮度和流动结构的速度之间有很好的关系,平均而言,下降流比上升流更暗,这再次让人想起安静的太阳对流。这些结果表明,在太阳黑子半影区存在翻转对流,细长的细胞形成的细丝的流动是向上的,但非常倾斜,和弱的横向向下流动。在一般情况下,从横向下降流出现的圆偏振配置文件不显示符号反转,虽然有时我们检测到三个叶状的配置文件,这是暗示相反的磁极性的像素。
Oscillations Above Sunspots and Faculae: Height Stratification and Relation to Coronal Fan Structure
利用太阳动力学观测站(SDO)的观测资料和地面观测资料,研究了两个黑子和两个光斑区的振荡特性。目的是研究太阳黑子和光斑上方不同频率的空间分布特征及其对磁场特征的依赖性,并最有效地探测从深光球层到达日冕的振荡。我们利用快速傅立叶变换和Morlet小波对强度和多普勒速度变化进行频率滤波,追踪了从光球到色球和日冕的传播。低频(1-2兆赫)振荡的空间分布很好地勾勒出了太阳黑子和光斑上方日冕(Fe IX 171线)中的扇环结构。高频振荡(5-7 mHz)集中在光球本影边界内的碎片中,并靠近光斑区域中心。这意味着,大多数日冕环的上部,从光球传输低频振荡,坐在铁IX 171线形成层。我们使用的主频与距离重心的关系,以估计在较高的层,这对直接磁场测量造成了困难的磁管倾斜角。根据我们的计算,这个角度在本影边界周围的过渡区域大约是40度。在Fe IX 171谱线形成层日冕环上部测得的相速度,黑子达到100-150 km/s,光斑达到50-100 km/s。