Untersuchung der Wechselwirkung von Magnetfeldkonzentrationen und konvektiven Stroemungen mit dem Strahlungsfeld in der Photosphaere der Sonne

Abstract

In dieser Arbeit wurden die Entstehung von kleinskaligen Magnetfeldkonzentrationen, ihre Wechselwirkung mit photosphaerischen Stroemungsmustern und ihr Schwingungsverhalten mittels zweidimensionaler Simulationen der solaren Magnetokonvektion studiert. Es wurde ein numerisches Verfahren zur Loesung der Strahlungstransportgleichung entwickelt, das unabhaengig von der Gittergeometrie auf 2-- und 3--dimensionalen Rechengittern arbeiten kann. Dieses Verfahren ergibt bei vergleichbarer Rechenzeit einen um bis zu zwei Groessenordungen kleineren numerischen Fehler als bisherige Loeser, was sich insbesondere in den optisch duennen Regionen stark auswirkt. Zusaetzlich dazu koennen die starken Opazitaetsvariationen im Rechengebiet, welche von der starken Temperaturabhaengigkeit der Opazitaet herruehren, problemlos verarbeitet werden. Mit einem neuentwickelten 2D--MHD--Code (WDV--Code), der mit einem adaptiven Gitterkonzept, einem offenen unteren Rand und dem neuen Strahlungstransportloeser arbeitet, wurde die Ausbildung kleinskaliger Magnetfeldkonzentrationen als Folge der Wechselwirkung zwischen magnetischem Fluss und konvektiven Stroemungen in einem 12000 km breiten und 1200 km tiefen photosphaerischen Auschnitt simuliert. Dazu ist ein anfangs homogenes, vertikales Magnetfeld mit einer Feldaerke von 100 Gauss in die vollentwickelte hydrodynamische Konvektion eingebracht worden. Horizontale Stroemungen transportieren den magnetischen Fluss in die konvektiven Abstromgebiete, wodurch Magnetfeldkonzentrationen entstehen. Die fortdauernde radiative Kuehlung bewirkt innerhalb der Magnetfeldkonzentrationen verstaerkte Abstroemungen, die zu einer Evakuierung fuehren. Dadurch kommt es zu einer Verstaerkung des Magnetfeldes auf Werte im Bereich von 1--2 kG. Die dynamische Wechselwirkungen von Magnetfeldkonzentrationen mit konvektiven Stroemungen ist in Form einer Schwingungsanalyse untersucht worden. Es wurden eine mit dem WDV--Code und zwei mit dem ST--Code [Steiner et al. (1994) ] durchgefuehrte Simulationen analysiert. Der ST--Code arbeitet ohne Gitteradaption, mit geschlossenem unteren Rand und einem herkoemmlichen Strahlungstransportloeser. Ausserhalb der Magnetfeldkonzentrationen zeigen die Resultate beider Codes starke Beitraege, die durch akustische Eigenschwingungen (4 mHz) und die Cutoff--Frequenz der Atmosphaere (5--6 mHz) bewirkte werden. Die WDV--Resultate zeigen zusaetzlich noch deutliche von der Konvektion (0--2 mHz) und akustischen Eigenschwingungen (3 und 7--8 mHz) verursachte Beitraege. Innerhalb der magnetischen Gebiete ergeben sich in beiden Faellen von akustischen Eigenschwingungen (4 mHz) und der Cutoff--Frequenz der longitudinalen Flussroehrenwellen (5--6 mHz) bewirkte Beitraege. Im Falle des WDV--Codes zeigen sich grosse Beitraege bei 0--2 mHz und 3--4 mHz, die von der Konvektion und den akustischen Eigenschwingungen bewirkt werden. Im Gegensatz zum ST--Code zeigt der WDV--Code keine Beitraege bei 8--10 mHz.