双成分磁流体力学中的色散关系及其在太阳分层大气中的应用

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EUV(ExtremeUltra-Violet)波是由太阳大气爆发引起的大尺度扰动现象,可在日冕中进行全日面传播,而关于其物理本质的争议也持续了将近20年。目前主流的观点之一认为EUV波是快磁声波,作为色球层Moreton波的日冕对应体。但是,观测表明EUV波和Moreton波在速度和传播时间上存在着显著的差异。为了解释这些差异,本文给出了一个太阳分层大气中部分电离的双成分磁流体力学模型。通过对其色散关系系统地分析与求解,我们可得到4种解,分别为Alfven波、声波、快磁声波和慢磁声波。由于色散关系求解的频率虚部为负数,表明中性气体和电离气体的碰撞使得各种波的振幅随时间不断衰减,而由其实部的计算结果我们发现碰撞不会明显地影响波速。为了进一步探究快磁声波在太阳分层大气中的传播特征,我们构建了相关的物理量模型,如磁场、温度、电离度和碰撞频率等。计算结果表明,由于色球层相比日冕具有较低的电离度以及较强的磁场,故Moreton波的速度远大于EUV波。这也解决了单成分模型中色球层的快磁声波在速度上远低于Moreton波的问题。相较于色球层的快磁声波由于碰撞而受到很强的衰减,日冕中的快磁声波在几乎完全电离的条件下能够传播地更久,也传播地更远。本文的计算结果与EUV波和Moreton波的观测结果相一致,也支持了两种波的快磁声波理论。
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