Анализ воздействия магнитного нагрева на дисперсионные свойства магнитоакустических волн в солнечной плазме

Авторы
Агапова Д.В. (1, 2), Завершинский Д.И. (1, 2), Белов С.А. (2), Молевич Н.Е. (1, 2)
Организации
(1) Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева (Самарский университет)
(2) СФ ФИАН
Сессия
Физика солнечной системы
Форма представления
Устный
Научный руководитель
Завершинский Дмитрий Игоревич
Место работы научного руководителя
Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева (Самарский университет), СФ ФИАН
Текст тезисов
Одними из физических процессов, которые определяют свойства и параметры различных пространственно-временных структур на Солнце с размерами от ненаблюдаемо малых до сотен мегаметров, являются неадиабатические процессы, такие как объемный нагрев и радиационное охлаждение. В частности, в корональной плазме, тепловое равновесие определяется балансом между процессами нагрева и охлаждения, отличительной особенностью которых является зависимость их мощности от параметров плазмы, таких как, например, температура, плотность и магнитное поле. В связи с этим, возмущение установившихся параметров среды может вызвать тепловой дисбаланс между конкурирующими процессами, вызывая обратную связь между возмущением и средой. Наличие подобной обратной связи может приводить к усилению/затуханию магнитоакустических (МА) волн и дисперсии их фазовой скорости. В солнечной атмосфере МА волны зачастую наблюдаются с помощью космических и наземных приборов в структурах, удерживаемых сильными магнитными полями, например, в корональных петлях, протуберанцах и т.д. Наличие же характерных размеров волноводов, связанных с магнитной структуризацией плазмы, также приводит к дисперсии фазовой скорости волн.
Для того чтобы изучить совместное влияние неоднородности плазмы и теплового дисбаланса, нами с помощью идеальной системы уравнений магнитной гидродинамики с учетом неадиабатических процессов и теории возмущений были получены дисперсионные соотношения для осесимметричных/изгибных МА волн, распространяющихся в солнечной короне. Полученное численное решение уравнений позволило установить, что фазовая скорость медленных волн в длинноволновой части спектра подвержена существенному влиянию дисперсии, определяемой тепловым дисбалансом, а также конечной шириной плазменного слоя. Так, длинноволновым пределом теперь будет являться не классическое выражение для адиабатической трубочной скорости, а модифицированное выражение, учитывающее влияние неадиабатических процессов. Также было установлено, что модифицированная трубочная скорость принимает разные значения в зависимости от вида функциональной зависимости нагрева, от величины магнитного поля. Важно отметить, что для более «сильных» магнитных полей разница в значениях трубочной скорости исчезает. В работе исследовалось затухание МА волн, вызванное тепловым дисбалансом, в условиях корональной плазмы. Как и прежде, для данного случая медленные МА волны подвержены более сильному затуханию, чем быстрые. Причем с увеличением показателя степенной зависимости мощности нагрева от магнитного поля время затухания медленных МА волн уменьшается. Для быстрых волн наоборот, время затухания растет с уменьшением показателя степенной зависимости от магнитного поля.
В работе также был проведен сравнительный анализ результатов, полученных для модели тонкой потоковой трубки и модели магнитного слоя, представленного в данной работе. Было выяснено, что обе модели совпадают в длинноволновом пределе. Однако, кривые фазовой скорости начинают расходиться при переходе между модифицированной трубочной и трубочной скоростях, а для «сильных» магнитных полей около скорости звука внутри слоя. После данного перехода для «сильных» магнитных полей модели полностью совпадают. А в случае, когда напряженность магнитного поля равна 10 Гс, данные модели сильно различаются из-за того, что тонкие потоковые трубки перестают быть «тонкими» для более коротких длин волн.
Работа частично поддержана Министерством образования и науки (проекты FSSS-2023-0009, 0023-2019-0003).