黑子振荡是黑子上方普遍存在的一种现象,从光球层到日冕都可以观测到,主要表现为某一位置光谱的强度或者多普勒速度的变化。5分钟和3分钟振荡是两个重要的振荡现象。5分钟振荡主要在光球层被观测到,多出现在黑子半影。不同于5分钟振荡,3分钟振荡主要在色球层、过渡区和日冕中被观测到,通常出现在黑子本影。很多研究在过渡区和日冕都观测到了3分钟振荡信号,并将其解释为向上传播的波(磁声波),一些观测表明在高色球和过渡区中它们表现出激波的性质。然而,我们还不清楚的是不同太阳大气层次里的3分钟振荡信号之间如何联系起来。通过分析IRIS卫星和SDO卫星观测数据,本工作对这个问题做了初步的探讨。
在两组IRIS SJI 1400Å成像数据中,我们观测到了两个浮在黑子本影上方的色球层/过渡区振荡结构。不同于以往的报道,这两个振荡结构具有明显的周期性的空间位移。在AIA 171Å波段的相同区域冕环足点位置,我们观察到了沿着冕环的扰动传播(propagating disturbance)。图1、2分别是事件1 SJI 1400Å和AIA 171Å的分析图。图1b、c和图2b、c显示事件的运动轨迹。振荡结构运动的空间位移的振幅大约是1角秒,运动速度相当于色球层的局地声速(图1c)。振荡结构的强度变化为背景的24-53%,如此强的振幅表明振荡是非线性的,另外其振幅也没有明显地衰减。FFT功率谱图显示振荡周期为3分钟(图1e),与黑子上普遍存在的3分钟振荡现象一致。事件在AIA 171Å波段强度变化为背景的10-15%,周期也是3分钟(图2e),表现为向上传播的扰动,速度为30-80 km s-1(图2c),远小于日冕的局地声速。图2c中的轨迹线(黑色和蓝色的点线)显示振荡结构与扰动传播的时间差。事件2具有与事件1相似的观测特征。图3是两个事件的光球矢量磁场图,在两个事件的位置上存在很强的横场分量,这说明可能存在支撑色球层/过渡区振荡结构的磁张力。
基于以上观测事实,我们提出一种设想,如图4所示,振荡结构被磁拱支撑着,受到沿着磁力线向上传播的波的作用而产生周期性的振荡运动。而向上的日冕扰动传播是激波持续驱动等离子体的表现,或者是激波加热日冕等离子体后转变成的慢磁声波。本文为研究黑子上方过渡区及日冕的周期性振荡现象之间的联系提供了独特的观测事实,我们还提出了一种可能的物理解释供同行参考。
该研究结果已被ApJ接受,将于近期发表。(Observations of upward propagating waves in the transition region and corona above Sunspots, Zhenyong Hou, Zhenghua Huang, Lidong Xia*, Bo Li, Hui Fu, 全文链接http://adsabs.harvard.edu/abs/2018arXiv180107515H。)该工作得到审稿人的充分肯定,认为我们的观测是新颖的(novel),并强烈推荐(strongly recommend)发表。感谢国家自然科学基金委和山东大学(威海)青年学者未来计划对该研究工作的资助。
图1. (a):振荡结构在SJI 1400 Å中的位置,绿线表示切片的位置。(b):a中切片的时空图,绿框表示在c-e中研究振荡的时间范围和空间尺度。(c):b中绿框放大的时空图,点线表示结构的运动轨迹,绿线表示d中光变曲线在时空图中的位置。(d): 光变曲线,原始强度用黑色实线表示,5分钟背景强度用黑色虚线表示,扣除背景后的强度变化(加上了背景的平均值,便于与原始强度比较)用红色实线表示。(e) FFT功率谱。
图2. AIA 171 Å的观测,与图1一致。c中的蓝色虚线表示扰动传播的轨迹。
图3. 两个事件的HMI光球矢量磁场图。左、右分别是事件1、2的磁场图。背景图是磁场Br分量,彩色箭头表示磁场横场分量,箭头的长表示强度大。
图4. 色球层/过渡区振荡结构和日冕扰动传播的卡通示意图。