YNAO OpenIR  > 太阳物理研究组
新浮磁场导致日冕磁结构失衡的数值实验
其他题名Numerical Investigations of Catastrophe in Coronal Magnetic Configuration Triggered by Newly Emerging Flux
陈雨豪
学位类型硕士
导师林隽
2022-07-01
学位授予单位中国科学院大学
学位授予地点北京
培养单位中国科学院云南天文台
学位专业天体物理
关键词太阳磁通量浮现 太阳暗条爆发 日冕物质抛射 磁流体动力学模拟
摘要基于新浮磁通量导致日冕磁场发生灾变的理论模型,我们进行了二维的磁流体动力学(magnetohydrodynamics,MHD)数值实验来进一步研究该过程中更多的细节。模拟中的磁场结构主要包括:载流通量绳,用于模拟由日冕磁场承载的暗条结构;以及两个单独的位于光球层以下的线偶极子,用于模拟背景磁场。其中的一个偶极子固定了位置和强度,用于模拟背景磁场中恒定的部分,另一个偶极子则是不断变化的,用于模拟新浮磁通量。本文中的数值模拟复现了解析解中的一些重要结果,但是也展示许多新的不同。不同于之前那些磁场结构呈现了对称性并且磁绳只沿着垂直日面方向运动的模拟,在我们的模拟中,磁场结构是不对称的,并且无论是在准静态演化过程中还是灾变的动力学过程中,磁绳都会在垂直和平行于日面的方向上运动。我们注意到,如果磁绳的位置一开始位于解析解给出的一支平衡曲线,模拟开始后,磁绳将通过自我的调节,经过一些振荡以后快速地靠近新的平衡位置;如果磁绳初始位于平衡曲线上的临界点,磁绳将失去平衡,并且其后续的演化行为将是高度动态的 。在模拟中,初始磁绳的半径将会非常显著地影响磁绳的平衡位置,这与理论预言的一致。在灾变发生后,有两个电流片(分别简称为CS1和CS2)以完全不同的方式形成。CS1是在磁绳发生灾变失去平衡以后拉扯周围磁力线形成的,而CS2则是磁绳运动时逐渐靠近和挤压周围的磁力线形成的。尽管在两个电流片中磁重联现象都发生了,CS1被磁重联快速地消耗,而CS2却因为周围磁场结构的影响一定程度上被增强了。这些结果为我们提供了一个理解磁绳和不对称磁场相互作用的新视角。最后我们还会讨论模拟结果如何帮助我们理解一些相关的观测现象。
其他摘要We performed 2D magnetohydrodynamical numerical experiments to study the response of the coronal magnetic configuration to the newly emerging magnetic flux. The configuration includes an electric current-carrying flux rope modeling the prominence floating in the corona, and the background magnetic field produced by two separated magnetic dipoles embedded in the photosphere. Parameters for one dipole are fixed in space and time to model the quiet background, and those for another one are time-dependent to model the new flux. These numerical experiments duplicate important results of the analytic solution, but also reveal new results. Unlike previous works, the configuration here possesses no symmetry, and the flux rope could move in any direction. The non-force-free environment causes the deviation of the flux rope equilibrium in the experiments from that determined in the analytic solution. As the flux rope radius decreases, the equilibrium could be found, and evolves quasi-statically until the flux rope reaches the critical location at which the catastrophe occurs. As the radius increases, no equilibrium exists at all. During the catastrophe, two current sheets (CS1 and CS2) form in different ways. CS1 forms as the surrounding closed magnetic field is stretched by the catastrophe, and CS2 forms as the flux rope squeezes the magnetic field nearby. Although reconnection happens in both the current sheets, CS1 is quickly erased by reconnection, and CS2 is enhanced by reconnection in CS1. These results reveal the impact of the asymmetry on the system evolution, and the implication for understanding related observations of solar eruptions.
学科领域天文学 ; 太阳与太阳系 ; 太阳物理学
学科门类理学 ; 理学::天文学
页数0
语种中文
文献类型学位论文
条目标识符http://ir.ynao.ac.cn/handle/114a53/25763
专题太阳物理研究组
推荐引用方式
GB/T 7714
陈雨豪. 新浮磁场导致日冕磁结构失衡的数值实验[D]. 北京. 中国科学院大学,2022.
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