剪切驱动开尔文-亥姆霍兹不稳定性条件下冷凝块-太阳色球层混合的热不稳定性三维辐射磁流体模拟研究

《Monthly Notices of the Royal Astronomical Society》：Mixing-induced thermal instabilities and coronal condensations

　　

摘要

冷稠密物质常以日珥、针状体和色球雨的形式渗透热稀薄的太阳色球层。冷物质与周围色球层所处的温度均处于有效的热稳定状态，即其局部辐射损失的时间尺度相对于动力学过程而言相对较长。然而，冷物质与热物质之间的边界处存在的中间温度区域会经历高度高效的辐射损失。太阳大气中的湍流运动可以驱动冷凝块与色球层之间的混合，从而导致中间温度的形成并引发高效冷却。本文对发生在冷凝块与热太阳色球层之间的剪切驱动开尔文-亥姆霍兹不稳定性进行了三维辐射磁流体动力学模拟。在演化过程中，混合层内自然形成了热不稳定性，并随时间增长，产生垂直于磁场延伸的长而窄的结构。热不稳定性作为混合层内自洽形成的小型孤立事件，随后被背景流拉伸，在相对狭窄的平面内形成长结构。湍流运动扰动凝块并使其碎裂，形成更小的局部冷稠密（类似日珥）物质团块，这些团块可以合并并作为进一步冷凝的种子。热不稳定性补充了因混合而损失的冷稠密物质，冷物质总质量随时间大致保持恒定，并发现热不稳定性占湍流等离子体总辐射损失的15-20%。因此，热不稳定性是凝块-色球层混合过程中的动力学重要特征，可以自洽地源于辐射损失和湍流运动，并且能够产生额外的冷稠密物质。