Recent Advances in the Exploration of the Small-Scale Structure of the Quiet Solar Atmosphere: Vortex Flows, the Horizontal Magnetic Field, and the Stokes-V Line-Ratio Method
O. Steiner, R. Rezaei
备注:
30 page, 14 figures; to be published in 5th Hinode Science Meeting: Exploring the Active Sun, L. Golub, I. de Moortel, and T. Shimizu (eds.), ASP Conference Series
我们回顾了(i)太阳大气中涡旋流的观测和数值模拟以及(ii)平静太阳区域水平磁场的测量。首先,我们讨论了各种表现形式的旋涡流,并强调调解漩涡运动的磁场的太阳表面附近的光球层和色球层的高层的作用。我们重新审视现有的太阳表面磁对流的模拟运行方面的旋涡流,并比较以前获得的结果。其次,我们回顾了与测量太阳宁静区磁场角分布相关的矛盾结果和问题。此外,我们回顾了斯托克斯-V-振幅比方法的线Fe I 630.15和630.25 nm。我们得出的结论是,最近发现的两个不同的人口在散点图中的这个比例不能被解释为“未塌陷”和“塌陷”的领域,但它们源于弱颗粒磁场和弱冠层场位于颗粒之间的边界和粒间空间。基于新的模拟运行,我们重申了先前的研究结果的水平场分量的优势超过垂直的,特别是在上层光球和色球层的底部。
英文摘要:
We review (i) observations and numerical simulations of vortical flows in the solar atmosphere and (ii) measurements of the horizontal magnetic field in quiet Sun regions. First, we discuss various manifestations of vortical flows and emphasize the role of magnetic fields in mediating swirling motion created near the solar surface to the higher layers of the photosphere and to the chromosphere. We reexamine existing simulation runs of solar surface magnetoconvection with regard to vortical flows and compare to previously obtained results. Second, we review contradictory results and problems associated with measuring the angular distribution of the magnetic field in quiet Sun regions. Furthermore, we review the Stokes-V-amplitude ratio method for the lines Fe I 630.15 and 630.25 nm. We come to the conclusion that the recently discovered two distinct populations in scatter plots of this ratio must not bee interpreted in terms of 'uncollapsed' and 'collapsed' fields but they stem from weak granular magnetic fields and weak canopy fields located at the boundaries between granules and the intergranular space. Based on new simulation runs, we reaffirm earlier findings of a predominance of the horizontal field components over the vertical one, particularly in the upper photosphere and at the base of the chromosphere.
Evolution of Stokes V area asymmetry related to a quiet Sun cancelation observed with GRIS/IFU
一个安静的太阳磁通量取消事件在磁盘中心记录使用积分场单元(IFU)安装在GREGOR红外光谱仪(GRIS)。GRIS在光球Si I 10827的谱线上对这一事件进行了采样。取消之前的显着上升线芯强度和激发温度,这是推断斯托克斯反演下的局部热力学平衡(LTE)。相反极性的特征似乎在光球层上方经历了重新连接。我们还发现,相邻的极性之一的极性反转线的边界像素表现出面积不对称性的系统性变化。面积不对称性在线芯强度增强后达到峰值,此后逐渐下降。因此,分析从极性反转线的任一侧记录的斯托克斯轮廓可以潜在地提供关于与磁通量消除相关的重联过程的额外信息。需要在不假设LTE的情况下进行进一步分析,以充分表征该事件。
Horizontal Magnetic Fields Dominate the Weak Field Quiet Sun in Sunrise III Observations. Evidence from Traditional and Transformer-Based Inversions
Queen’s University Belfast(贝尔法斯特女王大学);Instituto de Astrofísica de Canarias(加那利天体物理研究所);Universidad de La Laguna(拉帕鲁纳大学);Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung(马克斯·普朗克太阳系统研究所);Instituto de Astrofísica de Andalucía, CSIC(安达卢西亚天体物理研究所,西班牙高等科学研究委员会);Spanish Space Solar Physics Consortium(西班牙空间太阳物理学联盟);National Astronomical Observatory of Japan(日本国立天文台);The University of Tokyo(东京大学);The Graduate University for Advanced Studies (SOKENDAI)(高级研究大学院大学)
Pervasive Linear Polarization Signals in the Quiet Sun
本文利用超深偏振光谱数据研究了宁静太阳网络中线偏振信号的分布。我们减少噪音的意见,尽可能多的是可行的,通过增加单缝测量塞曼敏感的Fe I 630 nm线所采取的日出分光偏振仪。积分斯托克斯光谱用于确定由线偏振信号覆盖的视场的分数。我们发现,在盘中心,高达69%的安静太阳表面显示出振幅大于0.032%的斯托克斯Q或U轮廓(是较长积分所达到的7 x 10^{-5}噪声水平的4.5倍)。在大多数安静的太阳中,仅仅存在线性偏振就意味着弱的网络间场必须高度倾斜,但是我们通过将这些像素与斯托克斯Q或U信号反转来量化这一点。这允许场倾斜、场强度和场方位角的精确确定,因为同时使用所有四个斯托克斯光谱所携带的信息。在1.3 x 10^{-4}的噪声水平下,对53%的观测视场进行反演。因此,导出的磁场分布代表了安静的太阳互联网的一半以上。我们的研究结果证实了从以前的分析中得出的结论,主要使用斯托克斯I和V:互联网络领域是非常倾斜的,但除了在方位角,他们似乎不是各向同性分布。
Dynamics of Trees of Fragmenting Granules in the Quiet Sun: Hinode/SOT Observations Compared to Numerical Simulation
我们比较水平速度,垂直磁场和树木的碎片颗粒(TFG,也称为家庭的颗粒)来自安静的太阳在磁盘中心的观测在太阳最低和最高的太阳光学望远镜(SOT板日之出)和最近的三维数值模拟的磁对流的结果。我们使用SOT宽带滤波成像仪(BFI)和窄带滤波成像仪(NFI)记录的具有高空间和时间分辨率的24小时2D视野(FOV)序列。TFG通过连续强度的分割和标记来证明。水平速度由颗粒自行的局部相关跟踪(LCT)获得。Stokes V提供了qline of sight磁场(BLOS)的代理。MHD模拟(独立进行)产生颗粒强度、速度和磁场矢量。我们发现,TFG也在模拟中形成,并表明它能够再现太阳TFG的主要属性:寿命和大小,相关的水平运动,软木塞和扩散指数接近观测。最大的(但不是很多)家庭在这两种情况下,最强的流量和超颗粒和磁网络的形成可能发挥重要作用。我们发现,观测没有发现任何显着的变化之间的TFG太阳极小和极大。
Spatial distribution and statistical properties of small-scale convective vortex-like motions in a quiet Sun region
本文分析了位于拉帕尔马的瑞典1米太阳望远镜对宁静的太阳网间区域的高分辨率观测。我们通过计算时间序列图像上小尺度结构的水平自行来确定太阳光球区小尺度涡旋运动的位置。这些等离子体对流驱动的漩涡运动与以下两个方面有关:(1)下降气流(通常解释为对应于等离子体冷却并因此返回到可见光球层以下的内部的位置),以及(2)水平速度矢量收敛到中心点。下沉核被证明是被动浮子追踪等离子体流向每个漩涡中心的最终目的地。对于这里分析的两个时间序列,我们确定这些事件的发生分别为1.4 x 10^(-3)和1.6 x 10^(-3)涡旋Mm^(-2)min^(-1)。
Photospheric downward plasma motions in the quiet-Sun
我们分析分光偏振数据采取与日之出航天器在安静的太阳区域在磁盘中心。扭曲的红移斯托克斯$V$配置文件被发现显示出的特性的演变,总是遵循相同的相位序列。我们研究了这些事件的统计特性,使用分光偏振数据从Hinode/SP。我们还研究了上层光球和低色球层使用Mg i b2和Ca ii h数据从Hinode。最后,我们应用SIRGAUSS反演码的偏振数据,以推断大气层结的物理参数。我们还得到了这些物理参数考虑到动力学项的运动方程。Stokes V剖面显示了一个以四个不同时间步长演变的凹凸,整个过程持续108秒。斯托克斯I显示出强烈弯曲的红色翼,连续信号在晶间通道内显示出亮点。这个亮点与Mg i b2线的强红移和Ca ii h图像中的明亮特征相关。从斯托克斯轮廓反演得到的模型比平均安静的太阳模型更热,垂直磁场配置和场强在KG值的范围内。它还提出了一个高斯扰动的LOS速度分层,其中心随着时间的推移,移动到更深的层。我们研究了一种特殊类型的事件,它可以被描述为热等离子体的等离子体团,它从光球的顶部向下移动,放置在颗粒间的通道上,并且总是与强磁场浓度有关。我们认为,这种等离子体团的起源可能是一个磁重联,是发生在色球层。
Imaging Spectropolarimetry with IBIS: Evolution of Bright Points in the Quiet Sun
我们提出的结果,从第一分光偏振观测的太阳光球获得的邓恩太阳望远镜与干涉二维光谱仪。在Fe I 630.15 nm和Fe I 630.25 nm线上测量全斯托克斯轮廓,具有高空间和光谱分辨率,持续53分钟,斯托克斯V噪声为0.003连续强度水平。该数据集使我们能够研究与安静太阳中G波段亮点相关的几个磁性特征的演变。在这里,我们专注于分析三个不同的过程,即合并,破碎和G带亮点的取消。我们的分析是基于SIR反演的斯托克斯我和V配置文件的Fe I线。G波段图像的高空间分辨率与反演结果相结合,有助于解释正在发生的物理过程。高对比度的G-带亮点的外观(溶解)被认为是有关的磁填充因子的局部增加(减少),没有明显的变化,在磁场强度。相反极性亮点的消除可能是磁重联或磁环出现/淹没的标志。
Vector Magnetic Fields and Current Helicities in Coronal Holes and Quiet Regions
在太阳光球层中,冕洞的许多性质是未知的,特别是矢量磁场。利用\emph{Hinode}的观测资料,我们首次研究了两个CH中的矢量磁场、电流密度和电流螺旋度,并与两个正常安静区(QR)进行了比较。我们发现,在CH和QR,大电流螺旋度所在的地区主要是同空间的强大的垂直和水平场元素的形状和位置。在CH中,水平磁场、倾角、电流密度和电流螺旋度都大于QR中的水平磁场、倾角、电流密度和电流螺旋度。平均垂直电流密度和电流螺旋度,在所有观察到的地区,包括CH和QR平均,分别约为0.008 A m $^{-2}$和0.005 G $^{2}$ m $^{-1}$。垂直场强于100 G的磁通量集中区的平均电流密度高达0.012 $\pm$ 0.001 A m $^{-2}$,与耀斑活动区的平均电流密度一致。我们的结果意味着,无论是在CH和QR的磁场,特别是强磁场是非势。
Based on calculations of the Stokes parameters for the Holweger-Mliller model atmosphere, we study sensitivity of the Fe I 525.02 nm line to some kinds of vertical and horizontal magnetic field inhomogeneity. A noticeable asymmetry is shown to appear in the V profile peaks when the vertical gradient is -0.4 mT/km, which is typical of some theoretical flux tube models. The asymmetry is most pronounced in a pure longitudinal magnetic field and at a low macroturbulent velocity. A similar effect is observed for the Q profile in nonlongitudinal fields as well. The Fe I 525.02 nm line is sensitive a…
Probing deep photospheric layers of the quiet Sun with high magnetic sensitivity
上下文夫琅和费谱线中极弱的偏振信号阻碍了对安静太阳磁性的研究。光子噪声、杂散光以及塞曼效应对纵向和横向磁场的系统性不同灵敏度导致了在磁场矢量的强度和角分布方面的有争议的结果。目的。分析了接近1.5 m GREGOR望远镜衍射极限的斯托克斯测量的信息含量。我们考虑了空间杂散光和光子噪声的影响。方法.用GREGOR望远镜上的红外偏振分光仪GRIS对太阳盘中心静区进行了高灵敏度的全斯托克斯测量,获得了深光球区1.56 μm Fe I谱线。噪声统计和斯托克斯V不对称性进行了分析,并比较了类似的数据集的日出分光偏振仪(SOT/SP)。直接根据剖面的形状和强度对全球资源信息系统数据进行了简单的诊断。我们利用磁力线比技术,这是测试对MHD模拟。结果在非常平静的太阳区域,大约80%的GRIS光谱显示出3σ以上的偏振信号。面积和振幅的不对称性与小尺度表面发电机MHD模拟结果一致。磁力线比分析揭示了在10到100高斯范围内的普遍存在的磁性区域,具有一些千高斯场的集中。结论.空间分辨率为0.40”的GRIS分光偏振数据在高空间分辨率扫描和高磁场灵敏度的组合方面是迄今为止唯一的。然而,不可避免的影响,空间杂散光和由此产生的稀释弱斯托克斯配置文件意味着反演技术仍然承担着很高的风险误解的数据。
Magnetic reconnection in the quiet Sun is a phenomenon that is consistently observed, and it has recently become feasible to simulate via 3D numerical models of realistically stratified and convection-driven reconnection. We aim to illustrate ways by which quiet Sun fields may contribute to solar atmospheric heating via magnetic reconnection that is driven by convective motion. We also aim to compare our stratified model to earlier idealized coronal models in terms of reconnection drivers and topological conditions. We analyzed a simulation of the quiet Sun in which a complex coronal magnetic …
The electromagnetic energy flux in the lower atmosphere of the Sun is a key tool to describe the energy balance of the solar atmosphere. Current investigations on energy flux in the solar atmosphere focus primarily on the vertical electromagnetic flux through the photosphere, ignoring the Poynting flux in other directions and its possible contributions to local heating. Based on a realistic Bifrost simulation of a quiet-Sun (coronal hole) atmosphere, we find that the total electromagnetic energy flux in the photosphere occurs mainly parallel to the photosphere, concentrating in small regions a…
Structure and Dynamics of Isolated Internetwork Ca II H Bright Points Observed by Sunrise
我们的目标是改善我们的图片在安静的太阳互联网的低色球层通过调查的强度,水平速度,大小和寿命的变化小亮点(BPs;直径小于0.3弧秒)观察到的Ca II H 3968通带沿其磁场参数,来自光球磁图。对从太阳表面空间分辨率约为100公里的“日出”球载太阳望远镜获得的盘心静日观测的若干高质量时间序列进行了分析,以研究在Ca II H通带观测到的BPs动态及其对光球矢量磁图信号的依赖性。参数,如水平速度,直径,强度和寿命直方图的孤立的互联网和磁性钙II H BP。平均值分别为2.2 km/s、0.2 arcsec(150 km)、1.48平均Ca II H宁静太阳和673 sec。有趣的是,BPs的亮度和水平速度是反相关的。大偏移(脉冲)的水平速度,高达15公里/秒,目前在大多数BP的轨迹。这可能激发出进入色球层甚至日冕的扭折波,我们估计扭折波携带的能量通量为310 W/m^2,足以加热上层,尽管只是少量的。稳定的观测条件的日出和我们的技术,用于识别和跟踪BP,使我们能够确定可靠的参数,这些功能在互联网。因此,我们发现,例如,它们的寿命比我们之前认为的要长得多大的速度也是可靠的,并可能激发扭结波。虽然这些波(勉强)能量足以加热安静的日冕,但我们预计来自网络中较大的磁性元素以及部分互联网络的大量额外贡献。
The focus of this investigation is to quantify the conversion of magnetic to thermal energy initiated by a quiet Sun cancellation event and to explore the resulting dynamics from the interaction of the opposite polarity magnetic features. We used imaging spectroscopy in the H$α$ line, along with spectropolarimetry in the \ion{Fe}{I} 6173~Å and \ion{Ca}{II} 8542~Å lines from the Swedish Solar Telescope (SST) to study a reconnection-related cancellation and the appearance of a quiet Sun Ellerman bomb (QSEB). We observed, for the first time, QSEB signature in both the wings and core of the \ion{F…