Verfügbarkeit: Lectures on solar physics

Lectures on solar physics:

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Bibliographische Detailangaben
Format:	Buch
Sprache:	English
Veröffentlicht:	Berlin [u.a.] Springer 2003
Schriftenreihe:	Lecture notes in physics 619
Schlagworte:	Physik Sun > Congresses Sonne Konferenzschrift
Online-Zugang:	Inhaltsverzeichnis
Beschreibung:	Literaturangaben
Beschreibung:	XI, 335 S. Ill., graph. Darst. : 24 cm
ISBN:	3540015280

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adam_text	TABLE OF CONTENTS OVERVIEW OF SOLAR PHYSICS S.M. CHITRE ....................................................... 1 1 INTRODUCTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 2 COMPOSITION AND STRUCTURE OF THE SUN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 2.1 EQUATIONS OF STELLAR STRUCTURE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 2.2 THE STANDARD SOLAR MODEL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 3 PROBES OF THE SUNS INTERIOR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 3.1 SOLAR NEUTRINO PROBLEM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 3.2 HELIOSEISMOLOGY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 3.3 ROTATION RATE IN THE SOLAR INTERIOR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 4 MAGNETICALLY CONTROLLED SOLAR PHENOMENA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 REFERENCES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 INSTRUMENTATION AND OBSERVATIONAL TECHNIQUES IN SOLAR ASTRONOMY A. BHATNAGAR ...................................................... 27 1 INTRODUCTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 2 HOW TO OBSERVE THE SUN? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 2.1 OBSERVING THE PHOTOSPHERE. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 2.2 OBSERVATION OF THE CHROMOSPHERE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 2.3 OBSERVATION OF THE CORONA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 3 SOLAR INSTRUMENTATION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 3.1 SOLAR TELESCOPES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 3.2 CORONAGRAPHS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 3.3 SPECTROGRAPHS, SPECTROHELIOSCOPES AND SPECTROHELIOGRAPHS . . . . . . 39 3.4 NARROW BAND FILTERS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 3.5 SOLAR IMAGE GUIDER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 4 SOLAR OBSERVATIONS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 4.1 SOLAR SEEING . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 4.2 SUNSPOT OBSERVATIONS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 4.3 DEVELOPMENT OF SUNSPOTS AND SUNSPOT GROUPS . . . . . . . . . . . . . . . . 59 4.4 CLASSIFICATION OF SUNSPOTS AND SUNSPOT GROUPS . . . . . . . . . . . . . . . . 60 4.5 SUNSPOT NUMBER. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 4.6 POSITION DETERMINATION OF SOLAR FEATURES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 5 SOLAR MAGNETIC FIELDS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 5.1 SUNSPOT MAGNETIC FIELDS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 VIII TABLE OF CONTENTS 5.2 GENERAL MAGNETIC FIELDS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 5.3 VELOCITY FIELD OBSERVATION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 5.4 LEIGHTONS SPECTROHELIOGRAPHIC TECHNIQUE FOR 2-DVELOCITY AND MAGNETIC FIELD MAPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 5.5 VECTOR MAGNETIC FIELDS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 6 SOLAR DATA FROM THE INTERNET . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 REFERENCES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 SOLAR INTERIOR AND SEISMOLOGY H.M. ANTIA ....................................................... 80 1 INTRODUCTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 2 OBSERVATIONS OF SOLAR OSCILLATIONS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 3 PROPERTIES OF SOLAR OSCILLATIONS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 4 SEISMIC INFERENCES OF THE SOLAR STRUCTURE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 4.1 INVERSION TECHNIQUES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92 4.2 INVERSION RESULTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 4.3 INVERSION FOR TEMPERATURE AND CHEMICAL COMPOSITION . . . . . . . . . . 100 5 ROTATION RATE IN THE SOLAR INTERIOR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103 5.1 INVERSION FOR ROTATION RATE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 5.2 INVERSION RESULTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108 5.3 THE TACHOCLINE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 5.4 MERIDIONAL FLOW . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 6 ASPHERICITY IN SOLAR STRUCTURE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 7 TEMPORAL VARIATIONS IN THE SOLAR INTERIOR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 7.1 TEMPORAL VARIATIONS OF THE SOLAR RADIUS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116 7.2 TEMPORAL VARIATIONS OF THE ROTATION RATE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118 8 SUMMARY. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120 REFERENCES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121 THE ACTIVE AND EXPLOSIVE SUN A. AMBASTHA ...................................................... 127 1 INTRODUCTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127 2 THE SIGNPOSTS OF SOLAR ACTIVITY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131 3 CENTRES OF ACTIVITY IN THE SOLAR ATMOSPHERE * THE SUNSPOTS . . . . . . . . . 133 4 SUNSPOTS AND SOLAR ROTATION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135 5 THE 11 YEAR SOLAR ACTIVITY CYCLE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137 5.1 MAPPING SUNSPOT POSITIONS DURING ACTIVITY CYCLES: THE BUTTERFLY DIAGRAM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138 5.2 THE CHANGING FACE OF THE SUN OVER THE SOLAR CYCLE . . . . . . . . . . . . 141 5.3 SOLAR ACTIVITY CYCLES OF LONG PERIODS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141 5.4 BABCOCKS MODEL OF THE SOLAR ACTIVITY AND THE MAGNETIC CYCLE . . 143 6 EXPLOSIVE, ERUPTIVE PHENOMENA ON THE SUN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145 6.1 SOLAR FLARES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145 6.2 FLARE CLASSIFICATION. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151 6.3 THE STANDARD FLARE MODEL AND THE MAIN PHASES OF FLARES . . . . . . 152 6.4 FUNDAMENTAL QUESTIONS ABOUT FLARES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153 TABLE OF CONTENTS IX 6.5 POTENTIAL AND FORCE-FREE MAGNETIC FIELDS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154 6.6 SOLAR CORONAL PLASMA CONDITIONS AND MAGNETIC RECONNECTION . . . 158 6.7 A FLARE MODEL AS INFERRED FROM RECENT OBSERVATIONS . . . . . . . . . . . 159 6.8 SOLAR QUAKES PRODUCED BY LARGE FLARES. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159 6.9 ERUPTIVE PROMINENCES AND FILAMENTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161 6.10 CORONAL MASS EJECTIONS (CMES) LARGE SCALE ERUPTIONS OF MAGNETIC CLOUDS FROM THE SUN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164 REFERENCES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170 MAGNETIC FLUX TUBES AND ACTIVITY ON THE SUN S.S. HASAN ........................................................ 173 1 INTRODUCTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173 2 MAGNETIC FIELDS IN THE SOLAR INTERIOR AND FLUX EMERGENCE . . . . . . . . . . . 174 2.1 SOLAR DYNAMO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174 2.2 SEAT OF THE DYNAMO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175 2.3 FLUX EMERGENCE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176 3 NATURE OF THE SURFACE MAGNETIC FIELD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178 3.1 FORMATION OF INTENSE FLUX TUBES IN THE PHOTOSPHERE . . . . . . . . . . . 179 3.2 THE THERMAL STRUCTURE OF INTENSE FLUX TUBES . . . . . . . . . . . . . . . . . 185 4 DYNAMICAL PROCESSES AND HEATING OF THE MAGNETIC CHROMOSPHERE . . . . . 188 4.1 LONGITUDINAL AND TRANSVERSE WAVES IN FLUX TUBES . . . . . . . . . . . . . 189 4.2 THE LINEAR MODEL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191 4.3 CHROMOSPHERIC HEATING . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192 4.4 NONLINEAR RESULTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193 5 SUMMARY. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197 REFERENCES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198 SOLAR MAGNETIC FIELDS P. VENKATAKRISHNAN ................................................ 202 1 INTRODUCTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202 2 MAGNETOHYDRODYNAMIC APPROXIMATION IN STELLAR PLASMAS . . . . . . . . . . . 203 3 GENERATION OF MAGNETIC FIELDS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205 3.1 TURBULENT DYNAMO AND MEAN FIELD MAGNETOHYDRODYNAMICS . . . . . 206 3.2 DYNAMO IN THE OVERSHOOT LAYER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211 3.3 BABCOCK*LEIGHTON PICTURE AND HYBRID MODELS . . . . . . . . . . . . . . . . . 212 3.4 INPUTS FROM HELIOSEISMOLOGY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213 4 FORCE FREE EQUILIBRIA, TOPOLOGY, RECONNECTION AND FLARES . . . . . . . . . . . . 214 5 MEASUREMENT OF THE SOLAR MAGNETIC FIELD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217 5.1 THE ZEEMAN EFFECT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217 5.2 THE HANLE EFFECT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219 5.3 THE STOKES PARAMETERS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220 5.4 SUBSYSTEMS FOR POLARIMETRY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221 5.5 CONVERSION OF POLARISATION MAPS INTO MAGNETOGRAMS . . . . . . . . . . . 228 6 CONCLUDING REMARKS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229 REFERENCES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229 X TABLE OF CONTENTS THE PHYSICS OF CHROMOSPHERES AND CORONAE P. ULMSCHNEIDER ................................................... 232 1 INTRODUCTION, WHAT ARE CHROMOSPHERES AND CORONAE? . . . . . . . . . . . . . . 232 2 HEATING MECHANISMS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234 3 HYDRODYNAMIC HEATING MECHANISMS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236 4 MAGNETIC HEATING MECHANISMS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239 4.1 MODE-COUPLING . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242 4.2 RESONANCE HEATING . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244 4.3 TURBULENT HEATING . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244 4.4 COMPRESSIONAL VISCOUS HEATING . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246 4.5 ION-CYCLOTRON RESONANCE HEATING . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246 4.6 LANDAU DAMPING . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247 4.7 RESONANT ABSORPTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248 4.8 PHASE-MIXING . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248 4.9 RECONNECTION IN CURRENT SHEETS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249 5 ACOUSTIC ENERGY GENERATION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251 6 THEORETICAL CHROMOSPHERES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254 7 SEMI-EMPIRICAL CHROMOSPHERE MODELS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259 8 EXTREMELY TIME-DEPENDENT CHROMOSPHERES. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260 9 REALISTIC CHROMOSPHERES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267 10 MAGNETIC CHROMOSPHERES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272 11 CONCLUSIONS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277 REFERENCES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 279 THE SOLAR CORONA B.N. DWIVEDI ...................................................... 281 1 INTRODUCTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281 2 HISTORY OF CORONAL STUDIES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284 3 X-RAYS AND ULTRAVIOLET EMISSION FROM THE SOLAR ATMOSPHERE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 286 4 CORONAL HEATING. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 289 4.1 CORONAL HEATING BY NANOFLARES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292 4.2 CORONAL HEATING BY WAVES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294 4.3 FIELDWORK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 295 5 CONCLUSIONS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296 REFERENCES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 297 THE SOLAR WIND P.K. MANOHARAN ................................................... 299 1 INTRODUCTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 299 2 THE HOT SOLAR CORONA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 299 2.1 CORONAL MAGNETIC FIELDS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 300 2.2 CORONAL HEATING . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302 3 CORONAL EXPANSION/ SOLAR WIND . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303 4 INTERPLANETARY MAGNETIC FIELDS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 305 5 SOLAR WIND MEASURING TECHNIQUES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 306 TABLE OF CONTENTS XI 5.1 INTERPLANETARY SCINTILLATION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 306 6 SOLAR WIND IN THE INNER HELIOSPHERE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 310 6.1 QUASI-STATIONARY SOLAR WIND . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311 6.2 RADIAL EVOLUTION OF THE QUASI-STATIONARY WIND . . . . . . . . . . . . . . . . 312 6.3 LATITUDINAL VARIATIONS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 314 6.4 THE DENSITY TURBULENCE SPECTRUM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 315 7 SOLAR WIND TRANSIENTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 318 7.1 CO-ROTATING INTERACTION REGIONS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 318 7.2 CORONAL MASS EJECTIONS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 319 REFERENCES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 324 SUBJECT INDEX ................................................... 327
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