Extrapolation solarer Vektormagnetogramme: Struktur, Stabilität und Helizität des koronalen Magnetfeldes

• Applicants: Dr. Axel Hofmann; Professor Dr. Norbert Seehafer
• Subject Area: Astrophysics and Astronomy
• Term: from 2005 to 2010
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 14720293

• Final Report Year: 2010

Final Report Abstract

Die scheinbar ruhige Korona der Sonne wird regelmäßig durch starke Ausbrüche von koronaler Materie und des solaren magnetischen Feldes gestört. Trifft die in den Weltraum geschleuderte Materie die irdische Magnetosphäre, so werden geomagnetische Stürme erzeugt, die große Schäden zum Beispiel an Satelliten oder elektrischen Leitungen anrichten können. Um solche Ereignisse modellieren und vorhersagen zu können, wird eine detaillierte Kenntnis des koronalen Magnetfeldes benötigt. Da dieses nicht direkt gemessen werden kann, müssen photosphärische Magnetfeldmessungen aufwärts extrapoliert werden, um die fehlenden Informationen zu erhalten. Die Forschungsarbeiten, die während dieses Projekts durchgeführt wurden, erlaubten uns, grundlegende Verbesserungen an den derzeitigen Extrapolationsmethodiken vorzunehmen. Dies hat zur Folge, dass nun Extrapolationen nichtlinearer kraftfreier Magnetfelder zu einem integralen Bestandteil der Auswertung spektopolarimetrischer Messungen, insbesondere von Satelliten aus, geworden sind. Große Aufmerksamkeit wurde bestehenden Inkonsistenzen zwischen beobachteten Magnetogrammen der Photosphäre und einigen der Extrapolation zugrunde liegenden Modellannahmen gewidmet. Dafür wurde eine Methode entwickelt, die solche Inkonsistenzen verringert und damit die Extrapolationen deutlich zuverlässiger macht. Die bisher geleistete Arbeit bildet die Basis für weitergehende zukünftige Untersuchungen. Zum Beispiel unterscheiden sich einige theoretische Modelle zur Beschreibung der Korona grundlegend in der angenommenen Magnetfeldtopologie. Diese Modelle können im Weiteren mit aus beobachteten Magnetogrammen extrapolierten Feldern verglichen werden, um das eine oder andere Modell zu verifizieren. Darüber hinaus können extrapolierte Magnetfelder als Anfangsdaten für numerische Simulationen der zeitlichen Entwicklung des koronalen Materie- Magnetfeld-Systems verwendet werden. Dieses ermöglicht perspektivisch die praktisch wichtige Voraussage solarer Eruptionen.

Publications

• Force-free magnetic fields in the solar atmosphere, Astron. Nachr., 328, 1166– 1169, 2007
  Seehafer, N., Fuhrmann, M., Valori, G., Kliem, B.
  
• Magneto-frictional extrapolations of Low and Lou’s force-free equilibria, Solar Phys., 245, 263–285, 2007
  Valori, G., Kliem, B., Fuhrmann, M.
  
• Preprocessing of solar vector magnetograms for force-free magnetic field extrapolation, Astron. Astrophys., 476, 349–357, 2007
  Fuhrmann, M., Seehafer, N., Valori, G.
  
• Coronal Magnetic Field Extrapolation from Photospheric Measurements Applied to an Active Region, 12th European Solar Physics Meeting, Freiburg, Germany, September 8-12, 2008. Poster p 3.3-01
  Fuhrmann, M., Kliem, B., Valori, G., Seehafer, N.
  
• Nonlinear force-free field modeling of a solar active region around the time of a major flare and coronal mass ejection, Astrophys. J., 675, 1637–1644, 2008
  Schrijver, C. J., DeRosa, M. L., Metcalf, T., Barnes, G., Lites, B., Tarbell, T., Mc- Tiernan, J., Valori, G., Wiegelmann, T., Wheatland, M. S., Amari, T., Aulanier, G., Demoulin, P., Fuhrmann, M., Kusano, K., Regnier, S., Thalmann, J. K.
  
• A critical assessment of nonlinear force-free field modeling of the solar corona for Active Region 10953, Astrophys. J, 696, 1780–1791, 2009
  DeRosa, M. L., Schrijver, C. J., Barnes, G., Leka, K. D., Lites, B. W., Aschwanden, M. J., Amari, T., Canou, A., McTiernan, J. M., Regnier, S., Thalmann, J. K., Valori, G., Wheatland, M. S., Wiegelmann, T., Cheung, M. C. M., Conlon, P. A., Fuhrmann, M., Inhester, B., Tadesse, T.