Formation of solar prominences and eruption of solar magnetic arcade systems

국문 초록 (Abstract)

태양 홍염의 생성과 분출, 그리고 코로나에서의 질량 방출 및 플레어 등은 태양 활동 중 가장 장대한 것들이다. 관측에 의하면 이들 현상은 상호 연관성 을 지니고 있으며, 광구에서 유사한 관측적 징후가 나타날 때에 일어난다. 이 관측적 징 중 가장 중요한 것은 자기장의 뒤틀림이다. 본 논문에서는 자기장 의 뒤틀림에 따른 태양 대기의 시간적 변화가 논의되었다. 이를 지배하는 편 미분방정식을 풀기 위해 수치모의실험 방법이 이용되었으며, 경계조건으로는 광구상의 유체운동만이 고려되었다. 첫번째 주제로서 태양 홍염의 생성이 연구되었다. 광구상에서의 유체운동은 코로나에서 플라즈마의 열적 불안정을 유발하고, 이는 홍염의 생성으로 귀결 된다는 것이 밝혀졌다. 이 열적 불안정성은, 첫째 급속히 팽창하는 자기 아케 이드에서, 둘째 자력선 결합에 의해 생성된 자기섬 내에서, 그리고 두 쌍극 아케이드 사이의 전류면에서 일어났다. 두번째 주제로서, 자력선의 발이 느린 뒤틀림 운동을 겪을 때에 이상적 자 기유체 상태에 있는 자기 아케이드의 시간적 변화가 고찰되었다. 이러한 자기 아케이드의 진화과정은 세 개의 다른 단계로 구분되어졌다. 이 중 마지막 단 계에서 전류면의 형성이 두드러지게 나타나며, 이 전류면은 자기장의 뒤틀림 이 커짐에 따라 더욱 얇아지고 키가 커짐이 밝혀졌다. 각각의 뒤틀림 상태에 서의 자기유체평형의 해들이 또한 구해졌으며, 이 해들은 전술한 동적인 진화 과정과 비교되었다. 마지막으로, 위와 같이 이상적 자기유체 상태에서 뒤틀려진 자기장에 전기 저항을 부과했을 때 자기 아케이드의 변화가 논의되었다. 뒤틀려진 자력선은 저항하에서 결합하여 자기섬을 만들 수 있으며, 이는 오직 뒤틀림이 어떠한 임계치 이상이 되었을 때에만 일어남이 밝혀졌다. 자기장의 진화가 다른 저항 값하에서 그리고 저항의 다른 공간적 분포하에서는 어떻게 달라지는가가 또한 연구되었다. 저항이 국부적으로만 클 때에, 모의실험상에서 가장 실제에 근사 한 태양 분출현상이 보여졌다. 이 수치실험 결과들은 관측 사실과 비교되어 분석되었다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Formation and eruption of solar prominences, wronal mass ejections (CMEs) and solar flares are the most magnificent phenomena among solar activltles Observations show that thereis an interrelationship among these events and that thelr manifestation is conditioned by certain common photospheric signatures. One of them is the lncrease in magnetic shear. In this thesis,the evolution of the solar atmosphere is studied by numencal slmulations with photosphencmotlons as boundary conditions.
Firstly, mechanisms of prominence formation are investigated. It is found that prominencscan be formed by the development of a thermal instabillty (1) in a rapidly expanding magneticarcade, (2) in a magnetlc island created by magnetic reconnection or (3) in the current sheet between two bipolar arcades.
Secondly, the quasi-static evolution of a magnetic arcade subject to footpoint shearing isstudied under the ldeal MHD condition. Three distinct evolutionary phases are found, in the lastof which a cunent layer develops and grows lndefinitely with the increasing shear Force-free field solutions are also constructed and compared wlth dynamic solutions.
Finally, resistive evolutions of magnetlc arcades are lnvestigated lmposIng resistivity onthe pre-sheared magnetic fields. It is found that there is a critical amount of shear, over whlchmagneUc reconnection can tAe place to create a magnetic island. The effects of d1fferent values and spatial patterns or reslstivity are studled. With a localized resistivity, most of
principal features in solar emptive processes are reproduced. A comparative study ls made between the numerical
results and observations.