太阳低层大气磁流管中慢表面腊肠波衰减的参数研究

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对“太阳大气磁震学”和“日冕加热问题”而言,识别结构化的太阳大气中的磁流体波模至关重要。近年来,随着SOHO、TRACE、Hinode和SDO等高时间和空间分辨率仪器升空,在光球磁孔与黑子等低层太阳大气磁结构中观测到了大量低频波动。如果波动携带足够大的能流,那么它们可能有助于色球乃至日冕达到并维持所观测到的高温,从而对“日冕加热”这一传统而又重要的太阳物理问题给出答案;其次,即便这些波动很弱,那么其观测特征辅以磁流体力学(MHD)理论也可用来间接推测难以直接测量的太阳大气参数,从而成为“太阳大气磁震学”的基石。以往关于太阳大气磁结构中磁流体波模的研究中,令人格外感兴趣的是2015年Grant等人(简写为Grant15)对光球磁流管中向上传播的慢表面腊肠波进行了多波段测量,发现其存在严重衰减:衰减长度只有波长的四分之一。2017年Yu等人在薄边界近似下,对可能导致光球磁流管中慢表面腊肠波衰减的共振吸收机制开展了解析研究,结果表明共振吸收这一理想磁流体过程可能对慢表面腊肠模的衰减起重要作用。2018年Chen等人(简写为Chen18)通过数值求解线性化电阻MHD方程组,讨论了欧姆电阻和cusp共振吸收对光球磁流管中慢表面腊肠波衰减的贡献。研究表明,cusp共振吸收引起的衰减相当弱,最小衰减时间周期比τ/P~100;而欧姆电阻导致的衰减比cusp共振吸收可以高出一个数量级。因此,在讨论光球磁流管中慢表面腊肠波衰减时,必须包括欧姆电阻的贡献;然而,即便如此,电阻耗散也并不足以使慢表面腊肠模发生Grant15中的严重衰减。需要说明的是,Chen18在对慢表面腊肠模衰减的研究中选取了一类特定的平衡参数横向连续分布,并没有进行参数研究讨论横向分布的不同选择对光球磁流管中慢表面腊肠波衰减的影响,以及对Grant15严重衰减的可能解释。基于此,本文将进一步讨论平衡参数横向具有三明治型分布时,cusp共振吸收和欧姆电阻耗散对慢表面腊肠模衰减的贡献,以期望能为Grant15中的慢表面腊肠波严重衰减的观测给出合理解释。本文在电阻MHD理论框架下,对平衡态物理参数具有三明治型横向分布的光球磁流管,较为系统地讨论了 cusp共振吸收和欧姆电阻耗散对其所支持慢表面腊肠波衰减的贡献。所取得成果具有如下主要创新点:1)首次系统探讨了在平衡参数具有三明治型横向分布的磁柱中传播的慢表面腊肠波的cusp共振吸收。我们发现cusp共振吸收引起的波模衰减率随轴向波数和参数横向连续变化尺度变化的定性行为相同,但定量上衰减率敏感依赖于参数横向分布的具体细节;2)首次系统探讨了平衡态物理参数具有三明治型横向分布时,电阻耗散和cusp共振吸收对光球磁流管中慢表面腊肠模衰减的相对重要性。结果显示,与cusp共振吸收相比,电阻耗散对慢表面腊肠模的衰减更有效,今后在对光球磁流管中慢表面腊肠波衰减的研究中必须考虑电阻耗散的影响;3)在我们所考察的平衡参数取值及其横向分布下,不管是cusp共振吸收,还是更有效的欧姆电阻耗散机制,都无法解释Grant15观测到的光球磁孔中慢表面腊肠波严重衰减。
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