Instabilität und Wechselwirkung koronaler Magnetflusssysteme: Mechanismen der Auslösung solarer Eruptionen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Unsere Ausgangshypothese, dass "magnetohydrodynamische Instabilitäten in verdrillten MagnetfiußrÖhren für die Auslösung solarer Eruptionen verantwortlich sind" und dass "das Zusammenspiel beider [von Kink- und Torus-Instabilität] die Auslösung vermutlich erklären" kann, wurde in zwei Schritten bestätigt. Das Auftreten der helikalen Kink-Instabilität wurde durch MHD-Simulationen kink-instabiler Flussröhren verifiziert. Die direkten Vergleiche skalierter Aufstiegs profile h(t) und der helikalen Verformung der expandierenden Flussröhre mit den h(t)-Profilen von vier sehr detailliert beobachteten Eruptionen bzw. der helikalen Verformung des eingebetteten Protuberanzmaterials in zwei dieser Ereignisse ergaben exzellente quantitative Übereinstimmungen (Török fe Kliem, 2004, 2005; Williams et al., 2005). Die Entwicklung der Torus-Instabilität wurde erstmals (analytisch) beschrieben. Es zeigte sich, dass sie die bisher als separate Klassen angesehenen Kategorien von schnellen und langsamen Massenauswürfen in einem einheitlichen physikalischen Bild darstellt, woraus wir auf ihre Relevanz schließen können (Kliem &; Török, 2006). Erste Simulationen der Instabilität ergaben eine sehr gute Übereinstimmung mit dem Aufstiegsprofil von zwei detailliert beobachteten kaum verdrillten (d.h. nicht kink-instabilen) eruptiven Protuberanzen (Schrijver et al., 2007). Durch diese Ergebnisse, unsere Vorarbeiten und die gleichzeitigen analogen Simulationen einer Gruppe am HAO in Boulder zur Kink-Instabilität (Fan &; Gibson 2003-2006) wurde den bestehenden sechs konkurrierenden Modellen der Auslösung solarer Eruptionen ein MHD-Instability-Modell hinzugefügt. Dieses und das Flux-Injection-Modell erreichten für eine Reihe von Ereignissen die bisher mit Abstand beste Übereinstimmung mit beobachteten Aufstiegsprofilen. Im Gegensatz zu letzterem Modell ist das MHD-Instability-Modell jedoch frei von Annahmen ohne Stützung durch Beobachtungen. Das Haupziel des Vorhabens, die "Aufklärung des Mechanismus der Auslösung solarer Eruptionen (bzw. ggf. eines von mehreren möglichen Mechanismen)", kann unseres Erachtens in dem angegebenen eingeschränkten Sinne als erreicht angesehen werden. Neben der Erhärtung der genannten Resultate durch breitere Parameterstudien und weitere direkte Vergleiche mit Beobachtungen (u.a. von neuen Satellitenobservatorien) streben wir in der Fortsetzung des Vorhabens eine verallgemeinerte Sicht auf die Auslösungsmechanismen solarer Eruptionen an. Dazu beabsichtigen wir, erstmals Simulationen des alternativen Catastrophe-Modells durchzuführen und unseren Simulationen der Torus-Instabilität in qualitativ gleicher magnetischer Ausgangskonfiguration (natürlich mit gezielt unterschiedlich gewählten Parametern) gegenüberzustellen. Wir erwarten, dass alle drei Prozesse, Kink- und Torus-Instabilität sowie Katastrophe, die Elemente eines einheitlichen und letztlich erfolgreichen Modells bilden werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Gibson, S.E., Fan, Y., Török, T., Kliem, B.: The evolving sigmoid: evidence for magnetic flux ropes in the corona before, during, and after CMEs, Space Sei. Rev., 124, 131, 2006
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Kliem B., Flux rope instabilities at the onset of CMEs MPE Workshop on Solar System Plasmas, Schloss Ringberg, Germany, 31.1.2007
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Kliem B., Magnetic Reconnection in Simulations of Unstable Flux Ropes RAS Discussion Meeting "Solar Terrestrial Magnetic Fields and Reconnection", London, UK, 13.10.2006
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Kliem B., Modelling solar eruptions as kink-unstable flux ropes 8th MHD Days, Potsdam, Germany, 29.11.2005
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Kliem B., The initiation of coronal mass ejections by the kink instability llth European Solar Physics Meeting (SPM-11), Leuven, Belgium, 16.9.2005
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Kliem B., The torus instability in coronal mass ejections Chromospheric and Coronal Magnetic Fields (CCMag Conference), Max Planck Institute for Solar System Research, Katlenburg-Lindau, Germany, 1.9.2005
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Kliem B., The torus instability in coronal mass ejections German Physical Society Annual Conf., Heidelberg, 16.3.2006
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Kliem B., Toward understanding the rise profile of coronal mass ejections German Physical Society Annual Conf., Regensburg, 27.3.2007
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Kliem, B., Török, T.: Torws instability, Phys. Rev. Lett., 96, 255002, 2006
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Shklyar, D.R., Kliem, B.: Relativistic electron scattering by electrostatic uper hybrid waves in the radiation belt, J. Geophys. Res., Ill, A06204, 2006
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Török, T-, Kliem, B.: Confined and ejective eruptions of kink-unstable flux ropes, Astrophys. J. Lett., 630, L97, 2005
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Wiegelmann, T., Inhester, B., Kliem, B., Valori, G., Neukirch , T.: Testing non-linear force-free coronal magnetic field extrapolations with the Titov- Demoulin equilibrium, Astron. Astrophys., 453, 737, 2006
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Williams, D.R., Török, T., Demoulin, P., van Driel-Gesztelyi, L., Kliem, B.: Eruption of a kink-unstable filament in Active Region NOAA 10696, Astrophys. J. Lett., 628, L163, 2005
