Observations of shock propagation through turbulent plasma in the solar corona
Eoin P. Carley, Baptiste Cecconi, Hamish A. Reid, Carine Briand, Sasikumar Raja, Sophie Masson, Vladimir V. Dorovskyy, Caterina Tiburzi, Nicole Vilmer, Pietro Z… 展开作者
Eoin P. Carley, Baptiste Cecconi, Hamish A. Reid, Carine Briand, Sasikumar Raja, Sophie Masson, Vladimir V. Dorovskyy, Caterina Tiburzi, Nicole Vilmer, Pietro Zucca, Philippe Zarka, Michel Tagger, Jean-Mathias Griessmeier, Stéphane Corbel, Gilles Theureau, Alan Loh, Julien Girard
日冕中的爆发活动往往会导致冲击波的传播。在无线电领域，这种冲击的主要特征是II型无线电爆发，在动态频谱中观察到，随着时间的推移，发射带慢慢地向较低频率漂移。这些射电暴有时可能具有不均匀和破碎的精细结构，但这种精细结构的原因目前尚不清楚。在这里，我们使用Nançay升级LOFAR（NenuFAR）的新扩展在2019年3月20日观察到II型射电爆发，这是一种在10-85 MHz之间观察的射电干涉仪。我们发现，与II型精细结构的密度扰动的大小尺度的分布遵循幂律的频谱指数范围内的$α=-1.7$-2.0，这密切匹配的值$-5/3$预期充分发展的湍流。我们确定这种湍流是上游的冲击，在背景日冕等离子体在日心距离$\sim$ 2 R $_{\odot}$。观测到的湍流密度不均匀性的惯性尺度范围为$\sim$ 62 μ m ~ $\sim$ 209 km。这表明，II型精细结构和碎片可以是由于冲击传播通过一个不均匀和湍流的日冕等离子体，我们讨论了电子加速在日冕冲击的影响。
英文摘要：
Eruptive activity in the solar corona can often lead to the propagation of shock waves. In the radio domain the primary signature of such shocks are type II radio bursts, observed in dynamic spectra as bands of emission slowly drifting towards lower frequencies over time. These radio bursts can sometimes have inhomogeneous and fragmented fine structure, but the cause of this fine structure is currently unclear. Here we observe a type II radio burst on 2019-March-20th using the New Extension in Nançay Upgrading LOFAR (NenuFAR), a radio interferometer observing between 10-85 MHz. We show that the distribution of size-scales of density perturbations associated with the type II fine structure follows a power law with a spectral index in the range of $α=-1.7$ to -2.0, which closely matches the value of $-5/3$ expected of fully developed turbulence. We determine this turbulence to be upstream of the shock, in background coronal plasma at a heliocentric distance of $\sim$2 R$_{\odot}$. The observed inertial size-scales of the turbulent density inhomogeneities range from $\sim$62 Mm to $\sim$209 km. This shows that type II fine structure and fragmentation can be due to shock propagation through an inhomogeneous and turbulent coronal plasma, and we discuss the implications of this on electron acceleration in the coronal shock.
Physical Conditions of Coronal Plasma at the transit of a Shock driven by a Coronal Mass Ejection
本文报道了利用白光日冕图像和射电动力学谱确定由日冕物质抛射驱动的冲击波的等离子体物理参数。这里分析的事件是发生在2011年6月7日的壮观爆发，一个快速的CME，随后是色球等离子体柱的喷射，其中一部分落回太阳表面，与M2.5耀斑和II型射电爆发有关。SOHO/LASCO日冕仪（C2和C3）获得的图像被用来跟踪日冕中2-12 R $_\odot$之间的日冕物质抛射驱动的激波，角度间隔约为110 $^\circ$。在这些时间间隔，我们推导出2维（2D）的电子密度，冲击波速度和冲击压缩比的地图，我们测量的冲击倾斜角相对于径向方向。在合理的假设下，这些量被用来推断激波马赫数$M_\text{A}$和激波高度处日冕磁场强度的二维图。我们发现，在早期阶段（2-4 R $_\odot$），整个激波面是超阿尔夫文型的，而在以后（即更高的位置），它只在头部变成超阿尔夫文型的。这与观测到的II型爆发源的位置一致，这是从RDS结合来自WL的冲击运动学和日冕密度推断的。第一次，一个日冕冲击是用来获得一个2D地图的日冕磁场强度超过10 R $_\odot$高度和$\sim 110^\circ$纬度间隔。
Coronal Shock Waves, EUV waves, and their Relation to CMEs. II. Modeling MHD Shock Wave Propagation Along the Solar Surface, Using Nonlinear Geometrical Acoustics
Estimated relations at a shock driven by a coronal mass ejection
SOHO/LASCO C3数据的分析揭示了一个不连续性，解释为一个冲击波，在一个有限的区域内的等离子体密度径向分布在每一个前面的10个选定的日冕物质抛射（CME）沿其行进方向。在各种事件中，冲击波速度为$V\approx$ 800-2500 km s $^{-1}$。将阿尔文马赫数$M_A$对激波强度$ρ_2/ρ_1$的依赖关系（在距太阳中心$R > 10R_\odot$测得）与理想MHD计算进行比较，表明表征激波阵面内部过程的有效绝热指数$γ$在很大程度上介于2和5/3之间。这对应于运动自由度的有效数量2至3。对于地球的弓形激波和行星际无碰撞激波，也导出了类似的依赖关系，即$M_A(ρ_2/ρ_1)$。所有这些都支持了CME前的间断是无碰撞激波的假设。
On Formation Of A Shock Wave In Front Of A Coronal Mass Ejection With Velocity Exceeding The Critical One
新的研究证实了[M]中的结论。Eselevich，and V. Eselevich，2008];根据该理论，在日冕物质抛射前，存在一个沿CME传播方向扩展的扰动区，其速度$u$相对于周围日冕等离子体低于临界$u_C$。扰动区的时间差亮度（等离子体密度）在CME前向更远的距离平滑地减小。在扰动区的前部，在高于$u_C$的u处形成激波，表现为亮度差径向分布的不连续性。
A Data-Driven Analytic Model for Proton Acceleration by Large-Scale Solar Coronal Shocks
我们最近研究了低太阳日冕中爆发性日冕驱动的大规模离边日冕亮锋（OCBF）的发展（Kozarev et al. 2015），使用太阳动力学天文台高级成像组件EUV望远镜的远程观测。在这项研究中，我们获得了高时间分辨率的估计OCBF参数调节的效率内的扩散冲击加速（DSA）的理论框架内的带电粒子加速。这些参数包括时间依赖的前的大小，速度和强度，以及上游冠状磁场相对于前的表面法线方向的方向。在这里，我们提出了一个分析粒子加速度模型，专门开发，将日冕冲击/压缩前面的属性，从远程观测。我们验证了模型的性能，通过网格的理想化的情况下运行使用典型的大规模日冕冲击的输入参数，并表明，结果接近预期的DSA稳态行为。然后，我们使用Kozarev等人（2015）中推导的OCBF时间相关参数将模型应用于2011年5月11日的事件。我们发现，压缩前可能产生高能粒子低至1.3太阳半径的日冕。比较模拟的和观测到的地球附近的注量，我们还发现，在这一事件中的大部分加速必须发生在1.5太阳半径以上。通过这项研究，我们已经迈出了第一步，使用直接观测的冲击和压缩在最里面的日冕，以预测SEP事件的发生和强度。
Three-dimensional reconstruction of CME-driven shock-streamer interaction from radio and EUV observations: a different take on the diagnostics of coronal magnetic fields
Turbulent cross-field transport of non-thermal electrons in coronal loops: theory and observations
天体物理学中的一个基本问题是磁湍流与带电粒子之间的相互作用。现在可以使用\emph{Ramaty High Energy Solar Spectroscopic Imager (RHESSI)}观测电子发射的硬X射线（HXR）来识别湍流的存在，并估计至少在密集的日冕耀斑环中磁场线扩散系数的大小。{We讨论各种可能的跨场传输的非热电子产生的宽带磁湍流日冕环的制度。强调了久保数$K$作为控制参数的重要性，并收集了适用于大久保数和小久保数极限的结果。} {基于运输统计理论中发展的概念和见解的通用模型适用于日冕环和解释太阳耀斑中的硬X射线成像数据。捕获效应的作用，这在非线性运输制度中变得重要，在解释数据时考虑在内。对于这个耀斑太阳环，我们限制的范围内的平行和垂直的相关长度的湍流磁场和可能的久保数。我们表明，大量的能量$\sim 1%$（或更多）的背景场的磁波动可以推断出从厚靶日冕环内的磁扩散系数的测量。
LOFAR observations of a jet-driven piston shock in the low solar corona
太阳产生高度动态和爆发的事件，可以驱动冲击通过日冕。这些冲击可以加速电子，从而导致以II型射电爆发形式的等离子体发射。尽管有大量的II型射电暴观测，日冕冲击的确切起源仍然有待调查。在这里，我们提出了一个观测良好的太阳爆发事件发生在2015年10月16日，重点是大气成像组件（SDO/AIA）在极紫外（EUV）中观察到的喷流，大角度和光谱日冕仪（SOHO/LASCO）在白光中观察到的流光，以及低频率阵列（LOFAR）观察到的米制II型射电爆发。LOFAR干涉成像的基本和谐波源的第二类射电爆发，并透露，源似乎并不共空间，将预期从等离子体发射机制。我们使用一个模型，该模型占无线电波的散射在湍流等离子体中的电子密度波动的基波和谐波之间的分离进行校正。这使我们能够显示II型射电源位于喷流上方$\sim$ 0.5 R $_\odot$，并以$\sim$ 1000 km $^{-1}$的速度传播，这明显快于$\sim$ 200 km $^{-1}$的喷流速度。这表明II型爆发是由低日冕中的射流驱动的活塞冲击产生的。
The density compression ratio of shock fronts associated with coronal mass ejections
提出了一种新的方法来提取白光日冕图像中观测到的与日冕物质抛射（CME）有关的激波阵面的三维电子密度分布和密度压缩比。我们证明了快速晕日冕物质抛射（$\sim$ 2000 km s $^{-1}$）的两个例子的方法观察到2011年3月7日和2014年2月25日。我们的方法使用椭球模型来推导三维（3D）的几何形状和运动学的前线。鞘层的密度分布采用具有四个自由参数的双高斯函数模型，电子分布在前面后面的薄壳层内。模型化的密度沿视线进行积分，以与COR 2-A中观察到的亮度进行比较，并且使用$χ^2$方法来获得高斯分布的最佳参数。上游密度是从事件前图像中的亮度反演和经验模型中获得的。导出了密度比和Alfvénic马赫数。我们发现密度压缩在CME头部附近达到最大值，并在较大的位置角处减小。这种行为与机头处的驱动激波和CME侧翼处的自由传播激波一致。有趣的是，我们发现超临界区在大面积的冲击和持续时间（几十分钟）比过去的报告。因此，日冕物质抛射冲击能够在扩展的空间和时间尺度上加速日冕中的高能粒子，并且可能是这些粒子在内日球层中广泛纵向分布的原因。我们的研究结果还表明，多视点日冕观测和正演模拟的权力，在远程推导关键的冲击属性，否则无法访问的制度。
Multi-lane type II radio bursts: Insights into shock propagation in the corona
Mahatma Gandhi University（马哈特玛甘地大学）；Udaipur Solar Observatory, Physical Research Laboratory（乌代浦尔太阳观测站，物理研究实验室）；Indian Institute of Technology, Gandhinagar（甘地纳加尔印度理工学院）
