SPIRAL STRUCTURE OF SUNSPOT OSCILLATIONS

AS A TRACER OF SOLAR HELICITY

Plasma2014,IKI, 2014-02-10

Кирилл КузанянИнститут земного магнетизма, ионосферы и

распространения радиоволн (ИЗМИРАН), г. Троицк

Роберт Сыч Институт солнечно-земной физики СО РАН,

Иркутск, Россия

S. Yang, Yihua YanNational Astronomical Observatory of China (NAOC),

Beijing, China

Helical nature of swirling sunspots

• изучение колебаний в пятнах имеет долгую историю ....

Спиральная структура распределения яркости в пятнах

E. Yu. Nagovitsyna and Yu.A. Nagovitsyn, Observations of peculiarities of sunspot fragment patterns Solar Physics, 186, 1999

Спиральная расходящаяся структура магнитного поля в солнечных пятнах (РАТАН-600)

1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800

0.8

1,0

1,2

B, Gs

h, [1

0 c

m]

9

87,2 87,3 87,4 87,5 87,6 87,7

1800

1700

1600

1500

1400

1300

1200

1100

B,G

degree

-3.0 -2.0 -1.0 0 1.0 2.0 8

0.8

1,0

1,2

x, 10 см8

h, [1

0 c

m]

9

Исследование высотной структуры активной области с использованием многоволновых радио наблюдений, Богод В.М., Ступишин А.Г., Яснов Л.В., СПб Ф САО РАН, СПб ГУ, 2011

Observation of Superpenumbral Whirls & Subsurface Kinetic Helicity

NOAA11084: (Komm, Gosain & Pevtsov 2013)

Studies of Current Helicity in Solar Active Regions: magnetic fields (e.g. Zhang et al. 2010 & refs therein)

AR 10930 (SOT@Hinode) 2006 Dec 11 23:10:06 UT

Current Helicity:

positive/negative

AR NOAA6619 on 1991-5-11 @ 03:26UT (Huairou)

Photosphetic vector magnetogram Current helicity over filtergram

Спиральные структуры активных областей в магнитном поле

Спиральные свойства магнитных полей на Солнце были

изучались с помощью векторных магнитограмм активных

областей на Солнце, а также динамики магнитных структур.

> Было установлено так называемое полушарное правило

закрутки поля в различных полушариях, устанавливающее

преобладание знака спиральности фотосферных магнитных

полей: отрицательного в Северном и положительного в

Южном полушариях.

Методы получения динамики Методы получения динамики волновыхволновых фронтов:фронтов:

1. Метод попиксельной вейвлет фильтрации или PWF (Pixel Wavelet Filtering)

2. Метод локального корреляционного трекинга или LCT (Local Correlation Tracking)

Динамика волновых фронтов в переходной зоне(SDO/AIA, 304A) над тенью пятна

FilteredOriginal

Выход 3-мин волн в фотосфере и хромосфере связан с их спиральным распространением. Для временного разрешения 45 сек (белый свет и магнитное поле) волны наблюдаются как перемещающая секторная структура в виде пропеллера, вращения которой происходит с периодом в 3 мин. Для временного разрешения 12 сек фронты волн имеют спиральную расширяющуюся закрутку. Источник волн локализован в центре тени пятна в виде пульсирующей яркой области малого углового размера.

Sych R., Nakariakov V., Solar Physics, 248, 2008

SD

O/H

MI h

igh

cad

ence

dat

a

Феноменология распространение волновых фронтов в цикле 3-мин колебаний

02:49:10 U T 02:49:22 U T 02:49:34 U T 02:49:46 U T

02:49:58 UT 02:50:10 U T 02:50:22 U T 02:50:34 U T

02:50:46 UT 02:50:58 U T 02:51:10 UT 02:51:22 UT

02:52:10 U T02:51:58 UT02:51:46 U T02:51:34 U T

X (arcsec) X (arcsec) X (arcsec) X (arcsec)

Y (

arc

sec)

Y (

arc

sec)

Y (

arc

sec)

Y (

arc

sec)

0-12 12 0-12 120-12 120-12 12

0

-12

12

0

-12

12

0

-12

12

0

-12

12

Solar Dynam ic O bservatory (SDO ), D ecem ber 08, 2010, 171 A

arcsec arcsec arcsec arcsec

arc

sec

arc

sec

arc

sec

arc

sec

03:16:58 UT 03:17:10 UT 03:17:22 UT 03:17:34 UT

03:17:46 UT 03:17:58 UT 03:18:10 UT 03:18:22 UT

03:18:34 UT 03:18:46 UT 03:18:58 UT 03:19:10 UT

03:19:22 UT 03:19:34 UT 03:19:46 UT 03:19:58 UT

Уровень переходной зоны (304А) Уровень короны (171А)

Спиралевидная структура волновых фронтовна разных высотах (температурных каналах)

солнечной атмосферы

0 10 20 30 10 20 30 10 20 30 10 20 300

10

20

30

10

20

30

X, arcsec X, arcsec X, arcsec X, arcsec

Y,

arc

sec

Y,

arc

sec

SDO/AIA, 1700A 1600A 304A 171A

211A 193A 131A 335A

LCT (Local Correlation Tracking)

• LCT central idea: proper motions (Δx,Δy) of intensity features in successive images separated in time by Δt, are found by maximizing a cross-correlation function,

• or minimizing an error function between sub-regions of the images.

• November & Simon (1988): shift images and compute a cross-correlation at each shift

LCT example mainly detection of proper motion

(Potts, Barrett & Diver, 2003)

Wave phase speed detection

• Other Authors used LCT for detection of proper motion (velocity of media)

• We suggest to use LCT on series of high cadence wave images of sunspots to compute phase speed of MHD waves in sunspots

• We may compute the horizontal We may compute the horizontal part of phase vorticity (new part of phase vorticity (new quantity for analysis!)quantity for analysis!)

Детектирование фазовых скоростей в тени пятна

8 температурных (высотных) каналов SDO/AIA; LCT метод для получения фазовых скоростей и закрученностей МГД волн, распространяющихся в тени; Изучение 3D структуры и динамики волновых фронтов при их распространении из фотосферы в корону по различным длинам волн (высотным уровням)

λ=131A, t=99 λ=131A, t=100

• movie…

Confronting electric current helicity and wave phase vorticity

Conclusions

• We found evidence of relationship of phase vorticity of MHD waves in sunspots and its magnetic field helical structure

• This study aims in detailed 3D dynamic description of sunspot swirling oscillations and shedding a light into the problem of helicity transfer from the solar interior to the heliosphere

Спасибо

за внимание !