“冕震学”正式成为太阳物理的分支,还只是本世纪初的事。它利用日冕磁结构中集体波动的观测,辅以磁流体波动理论,力图间接诊断磁结构中磁场强度、密度不均匀性等难以直接测量的物理参数。事实上,早在1950年代,地基射电以及日冕仪的日冕观测中就已陆续观测到了准周期涨落。尽管磁流体力学还处于婴儿期,人们就已意识到诸如日冕绿线的多普勒频移中的准周期涨落可能与磁流体波动有关,因而自觉地推测过日冕中的磁场强度。1960年代末,“冕震学”的思路就已明确提出。由于射电及硬X线设备的日渐普及,人们陆续发现了准周期在秒量级的脉动信号,并借助于磁流体集体波动与浅水中爆轰式声波的类比,把这些信号理解为日冕结构中脉冲式局域扰动激发的腊肠波列,进而提出了日冕结构物理参数的间接诊断方法。这类研究导致了“冕震学”的命名。
日冕结构中腊肠波列的理论解释与束缚腊肠模轴向群速度对频率的依赖有密切关系。这一点可以从物理直观上理解:脉冲式局域扰动可以激发无数束缚腊肠波包,波包以群速度传播,在远离扰动源的观测点上,密度涨落等信号可以理解为波包的叠加。从这一直观理解出发,可以预期观测信号的小波谱特征会被波包到达时间-频率曲线很好地勾勒,而我们此前的论文(Yu, Li*, et al.
2017 ApJ)通过时变数值模拟,首次发现这一点确实成立。此外,我们还发现,磁环的横向密度非均匀性可以导致多种定性上不同的小波谱,其特征取决于波包到达时间-频率曲线是否具有截止频率以及是否单调这两个特征。作为该系列研究的第二篇论文,我们对日冕磁片中的束缚腊肠模进行了系统的解析和数值研究,发现截止频率存在与否取决于远离磁结构处密度的梯度,而曲线单调与否则取决于磁结构对称轴处的密度梯度。这意味着,如果充分挖掘已有的高时间分辨观测数据,那么不同的小波谱特征可以用来协助推断结构中亚分辨率的密度分布信息,而这一点与基于波动的日冕加热机制效率密切相关。
该研究已被ApJ接受,将于近期发表(Impulsively generated wave trains in coronal structures: II. Effects
of transverse structuring on sausage waves in pressureless slabs, Li et al.
2018)。作者感谢国家自然科学基金委、山东省自然科学基金委的资助。
图题:横向非均匀磁片中的脉冲式腊肠波列。上图为远离扰动源某处密度涨落的时间演化,下图为其小波谱。黄色曲线为波包到达时间对频率的依赖。可见小波谱被黄色曲线很好地勾勒。