Struktur und Dynamik kleinskaliger Magnetfelder der Sonnenatmosphäre
Ergebnisse hochaufgelöster Polarimetrie und Bildrekonstruktion
Structure and Dynamics of small scale magnetic fields in the solar atmosphere
Results of high resolution polarimetry and image reconstruction
by Katja Janßen
Date of Examination:2003-07-02
Date of issue:2003-07-25
Advisor:Prof. Dr. Franz Kneer
Referee:Prof. Dr. Klaus Beuermann
Persistent Address:
http://dx.doi.org/10.53846/goediss-2604
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Description:Dissertation
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Abstract
English
Two-dimensional spectrograms were obtained at the Vacuum Tower Telescope, Tenerife, in order to study the structure of small scale magnetic fields on the Sun. The speckle reconstruction method that is used for data processing gives high resolution images and wavelength scans in left and right circular polarized light, from which magnetic field maps are calculated using the center of gravity method. The geometric similarity of magnetic structures is studied via the area- perimeter-relation, from which the Hausdorff-dimension of the rim of a structure is determined.The investigation shows that the actual value of the fractal dimension depends on the threshold that is used to determine the borders of the magnetic areas. Higher treshold values lead to smaller fractal dimensions. This can be explained by the concentration of strong magnetic fields while weak fields spread out in more complex structures. With a treshold of 80 Gauss a fractal dimension of D=1,40(5) is obtained. Furthermore, the dimension obtained by observed data is compared to the fractal dimension gained from MHD simulations. It is found that if the measurement scales are adjusted correctly the dimensions for both datasets match quite well.In a second part the dynamics of the mass motions were analysed and a coarse estimate of the energy conveyed by these movements to the magnetic field is given. The energy flux is strong enough to participate in the heating of the solar chromosphere and corona over active regions.
Keywords: sun; photosphere; magnetic field; spectroscopy; polarimetry; fractal dimension; heating; speckle reconstruction
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Zweidimensionale Spektrogramme wurden am Vakuum Turm Teleskop, Teneriffa, gewonnen, um die Struktur kleinskaliger Magnetfelder der Sonne zu studieren. Die Methode der Specklerekonstruktion, die für die Datenverarbeitung benutzt wird, liefert hochaufgelöste Bilder und Wellenlängenscans in rechts- und linkszirkular polarisiertem Licht, aus denen mit Hilfe der Linienschwerpunktsmethode Magnetfeldkarten berechnet werden. Die geometrische Ähnlichkeit der magnetischen Strukturen wird durch die Flächen-Umfangs-Relation untersucht, aus der die Hausdorff-Dimension des Randes einer Struktur bestimmt wird.Die Untersuchung zeigt, dass der Wert der fraktalen Dimension von dem Schwellwert abhängt, der für die Bestimmung des Randes der magnetischen Gebiete benutzt wird. Höhere Schwellwerte führen zu kleineren fraktalen Dimensionen. Dieses läßt sich durch die Konzentration starker Magnetfelder erklären, während schwache Felder sich in komplexeren Strukturen ausbreiten. Bei einem Schwellwert von 80 Gauss ergibt sich eine fraktale Dimension von D=1,40(5). Des weiteren wurde die Dimension der beobachteten Daten mit einer fraktalen Dimension verglichen, die aus MHD Simulationen gewonnen wurde. Es zeigt sich, dass wenn die Maßstäbe korrekt angepasst wurden, die Dimensionen beider Datensätze recht gut übereinstimmen.In einem zweiten Teil wurde die Dynamik der Massenbewegungen analysiert und eine grobe Abschätzung der durch diese Bewegungen im Magnetfeld zur Verfügung gestellten Energie durchgeführt. Die Energiestromdichte ist gross genug, um an der Heizung der solaren Chromosphäre und Korona über aktiven Gebieten teilzuhaben.
Schlagwörter: Sonne; Photosphäre; Magnetfeld; Spektroskopie; Polarimetrie; fraktale Dimension; Heizung; Specklerekonstruktion