Magnetic flux emergence in the solar photosphere
Ausbruch von Magnetfeld auf der Photosphäre der Sonne
by Chun Ming Mark Cheung
Date of Examination:2006-02-27
Date of issue:2006-06-29
Advisor:Prof. Dr. Manfred Schüssler
Referee:Prof. Dr. Franz Kneer
Referee:Prof. Dr. Manfred Schüssler
Persistent Address:
http://dx.doi.org/10.53846/goediss-2790
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Description:Dissertation
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Abstract
English
The most prominent magnetic structures on the surface of the Sun are bipolar active regions. These magnetic complexes are comprised of a hierarchy of magnetic structures of different sizes, the largest of which are sunspots. Observations indicate that the appearance of active regions on the solar surface result from the emergence of bundles of magnetic flux from the underlying convection zone. The aim of this dissertation is to study the magnetic flux emergence process by carrying out 3-dimensional, radiative magnetohydrodynamic (MHD) simulations. In the simulations, an initially buoyant magnetic flux tube is introduced into the near-surface layers of the convection zone. Subject to the buoyancy force, the flux tube rises towards the photosphere. Our simulations highlight the importance of magneto-convection on the evolution of the magnetic flux tube. The external convective flow field has an important influence on the emergence morphology of the emerging magnetic field. Depending on the initial properties of the magnetic flux tube (e.g. field strength, twist, entropy etc.), flux emergence may lead to a disturbance of the local granulation pattern. The observational signatures associated with emerging magnetic flux in our simulations are in qualitative and quantitative agreement with observational studies of emerging flux regions.
Keywords: Sun; Photosphere; Convection zone; Magnetohydrodynamics
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Die auffälligsten Magnetfeldstrukturen auf der Oberfläche der Sonne sind bipolare aktive Regionen. Diese magnetischen Komplexe bestehen aus einer Hierarchie von magnetischen Strukturen unterschiedlicher Ausmasse, von denen die größten die Sonnenflecken sind. Beobachtungen zeigen, dass das Auftreten aktiver Regionen durch das Auftauchen von Bündel magnetischer Flussröhren aus der darunter liegenden Konvektionszone hervorgerufen wird.Das Ziel dieser Dissertation ist die Untersuchung des Ausbruchsvorgangs magnetischer Felder mittels 3-dimensionaler magneto-hydrodynamischer Simulationen inkl. Strahlungstransport. In den Simulationen wird eine auftreibende magnetische Flussröhre in die oberflächennahen Schichten der Konvektionszone eingebracht. Aufgrund der Auftriebskräfte steigt die Flussröhre auf zur Photosphäre. Unsere Simulationen unterstreichen die Bedeutung der Magneto-Konvektion für die Entwicklung magnetischer Flussröhren. Die externen konvektiven Strömungen haben einen wichtigen Einfluss auf die Ausbruchs-Morphologie auftauchender Magnetfelder. In Abhängigkeit von den ursprünglichen Eigenschaften der Ausgangsflussröhre (z.B. Feldstärke, Verdrehung, Entropie etc.) kann der ausbrechende magnetische Fluss zu eine Störung des lokalen Granulationsmusters führen. Die in unseren Simulationen durch auftauchenden magnetischen Fluss hervorgerufenen nachweisbaren Merkmale stimmen qualitativ und quantitativ mit den Beobachtungen magnetischer Ausbruchsgebiete auf der Sonne überein.
Schlagwörter: Sonne; Photosphäre; Konvektionszone; Magneto-hydrodynamik