太阳光球、色球等低层大气中低频波动的观测与理论研究已有近60年的历史,但以当代太阳大气磁震学中的术语体系为出发点而开展的波动属性认证及携能能力研究还是近10年的事。瑞典太阳望远镜(SST)、Dunn太阳望远镜(DST)、ALMA等设备对此方向的研究有着重要贡献,其高空间分辨率是研究者得以辨识扭曲模的横向摆动或腊肠模的呼吸式运动等核心特征的关键。特别地,基于Hinode/SP、DST、我国自主设备抚仙湖新真空太阳望远镜(NVST)等设备的研究表明,磁孔(pore)和黑子本影等光球结构中集体波模相当普遍,且往往在光球部分有剧烈衰减。即便如此,到达色球高度的能流也足供色球加热所需。
一个自然的问题是,这类光球磁结构中集体波模是通过什么机制而衰减的?有鉴于有关日冕集体波模(特别是扭曲模)的理论研究,人们猜测共振吸收可能起着重要作用。但我们此前的研究(Chen et al. 2018 ApJ, 868, 5)表明,对备受关注的慢表面腊肠模来说,欧姆耗散这一简单而直接的机制可能比cusp共振有效得多,该结论被进一步的合作成果(Geeraerts et al. 2020, 897, 120)所佐证。我们近期将该系列研究拓展到慢表面扭曲模,得出了同样的结论,且对衰减效率从能量平衡的角度给出了物理理解。此外,我们的结果表明,欧姆耗散和共振吸收的相对重要性取决于磁雷诺数,而磁雷诺数又依赖于平衡态的物理和几何参数以及所采取的输运理论。从观测的角度,这意味着该两机制对慢表面腊肠或扭曲模衰减的相对重要性难以一概而论,而需要对所涉及的具体磁结构而开展就事论事式的评估。此外,我们的研究也表明,如果我们接受经典输运理论,那么低层大气与日冕有本质区别,低层大气中集体波模的衰减机制往往更为复杂,电阻等经典耗散机制非但不能忽略,反而可能起着主导作用。
所涉及的近期研究均由空间科学研究院与比利时鲁汶大学的研究者合作完成,作者感谢国家自然科学基金委、欧洲研究理事会(ERC)、鲁汶大学、山东大学的资助。
l Shao-Xia Chen, Bo Li, Tom Van Doorsselaere, Marcel Goossens, Hui Yu, and Michael Geeraerts. Damping of slow surface kink modes in solar photospheric waveguides modeled by one-dimensional inhomogeneities, ApJ, accepted.
l Marcel Goossens, Shao-Xia Chen, Michael Geeraerts, Bo Li, and Tom Van Doorsselaere. Mixed properties of magnetohydrodynamic waves undergoing resonant absorption in the cusp continuum, A&A, in press, https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2020arXiv201206303G/abstract
l Michael Geeraerts, Tom Van Doorsselaere, Shao-Xia Chen, and Bo Li. Effect of Electrical Resistivity on the Damping of Slow Sausage Modes, ApJ, 897, 120. https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2020ApJ...897..120G/abstract
图题:磁孔和黑子本影等光球磁结构中慢表面扭曲模衰减特征的能量学分析。横轴为磁雷诺数,上栏中各曲线本质上代表了衰减率。当磁雷诺数足够大时,该衰减率与磁雷诺数无关,这意味着衰减完全来自共振吸收。当磁雷诺数足够小时,该衰减率反比于磁雷诺数,这意味着衰减完全来自欧姆电阻。阴影区域对应于当把经典输运理论应用于我们所考察的磁结构时,磁雷诺数的范围。由图可见,一般而言,在现实的磁雷诺数范围内(阴影区),慢表面扭曲模的衰减总是经历由欧姆耗散到共振阻尼的变化。(Chen et al., ApJ, in press)