Magnetohydrostatic equilibria, in which the Lorentz force, the plasma pressure force and the gravitational force balance out to zero, are widely adopted as the zeroth order states of many astrophysical plasma structures. A magnetic flux-current surface is a surface, in which both magnetic field lines and current lines lie. We for the first time derive the necessary and sufficient condition for existence of magnetic flux-current surfaces in magnetohydrostatic equilibria. It is also shown that the existence of flux-current surfaces is a necessary (but not sufficient) condition for the ratio of gravity-aligned components of current density and magnetic field to be constant along each field line. However, its necessary and sufficient condition is found to be very restrictive. This finding gives a significant constraint in modeling solar coronal magnetic fields as force-free fields using photospheric magnetic field observations.
MOON Y.-J.;YUN H. S.;CHOE GWANGSON;PARK Y. D.;MICKEY D. L.
Journal of The Korean Astronomical Society
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v.33
no.1
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pp.47-55
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2000
Nonpotential characteristics of magnetic fields in AR 5747 are examined using Mees Solar Observatory magnetograms taken on Oct. 20, 1989 to Oct. 22, 1989. The active region showed such violent flaring activities during the observational span that strong X-ray flares took place including a 2B/X3 flare. The magnetogram data were obtained by the Haleakala Stokes Polarimeter which provides simultaneous Stokes profiles of the Fe I doublet 6301.5 and 6302.5. A nonlinear least square method was adopted to derive the magnetic field vectors from the observed Stokes profiles and a multi-step ambiguity solution method was employed to resolve the $180^{\circ}$ ambiguity. From the ambiguity-resolved vector magnetograms, we have derived a set of physical quantities characterizing the field configuration, which are magnetic flux, vertical current density, magnetic shear angle, angular shear, magnetic free energy density, a measure of magnetic field discontinuity MAD and linear force-free coefficient. Our results show that (1) magnetic nonpotentiality is concentrated near the inversion line in the flaring sites, (2) all the physical parameters decreased with time, which may imply that the active region was in a relaxation stage of its evolution, (3) 2-D MAD has similar patterns with other nonpotential parameters, demonstrating that it can be utilized as an useful parameter of flare producing active region, and (4) the linear force-free coefficient could be a evolutionary indicator with a merit as a global nonpotential parameter.
We develop forecast models of daily probabilities of major flares (M- and X-class) based on empirical relationships between photospheric magnetic parameters and daily flaring rates from May 2010 to April 2018. In this study, we consider ten magnetic parameters characterizing size, distribution, and non-potentiality of vector magnetic fields from Solar Dynamics Observatory (SDO)/Helioseismic and Magnetic Imager (HMI) and Geostationary Operational Environmental Satellites (GOES) X-ray flare data. The magnetic parameters are classified into three types: the total unsigned parameters, the total signed parameters, and the mean parameters. We divide the data into two sets chronologically: 70% for training and 30% for testing. The empirical relationships between the parameters and flaring rates are used to predict flare occurrence probabilities for a given magnetic parameter value. Major results of this study are as follows. First, major flare occurrence rates are well correlated with ten parameters having correlation coefficients above 0.85. Second, logarithmic values of flaring rates are well approximated by linear equations. Third, using total unsigned and signed parameters achieved better performance for predicting flares than the mean parameters in terms of verification measures of probabilistic and converted binary forecasts. We conclude that the total quantity of non-potentiality of magnetic fields is crucial for flare forecasting among the magnetic parameters considered in this study. When this model is applied for operational use, it can be used using the data of 21:00 TAI with a slight underestimation of 2-6.3%.
A portable HTS RF SQUID-based system, weighing less than 20 kg has been built for susceptometry applications in weak magnetic fields, It includes a YBCO sensor for measuring the axial magnetic field component with a resolution of about $7{\times}10^{-13} T/Hz^{1/2}.$ This is determined by the intrinsic magnetic noise in the quasi-white noise region. There is a relaxation for a sudden increase in field due to magnetic flux creep in HTS. In this instance the time did not exceed 3~5 minutes.
MOON Y.-J.;WANG HAIMIN;SPIROCK THOMAS J.;PARK Y. D.
Journal of The Korean Astronomical Society
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v.35
no.3
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pp.143-149
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2002
In this paper we present a methodology to derive the temporal change of the magnetic shear angle from a series of vector magnetograms, with a high time cadence. This method looks for the minimum change of the shear angle between a pair of magnetograms, free from the $180^{\circ}$ ambiguity, and then accumulates this change over many successive pairs to derive the temporal change of magnetic shear. This methodology will work well if only the successive magnetograms occurred in an active region are well aligned and its helicity sign is reasonably determined. We have applied this methodology to a set of vector magnetograms of NOAA Active Region 9661 on October 19, 2001 by the new digital magnetograph at the Big Bear Solar Observatory (BBSO). For this work we considered well aligned magnetograms whose cross-correlation values are larger than 0.95. As a result, we have confirmed the recent report of Wang et al. that there was the abrupt shear change associated with the X1.6 flare. It is also demonstrated that the shear change map can be an useful tool to highlight the local areas that experienced the abrupt shear change. Finally, we suggest that this observation should be a direct support of the emergence of sheared magnetic fields.
Observations have indicated that magnetic reconnect ion may occur frequently in the photosphere and chromosphere as well as in the solar corona. The observed features include cancelling magnetic features seen in photospheric magnetograms, and different kinds of small-scale activities such as UV explosive events and EUV jets. By integrating the observed parameters of these features with the Sweet-Parker reconnect ion theory, an attempt is made to clarify the nature of chromospheric magnetic reconnection. Our results suggest that magnetic reconnect ion may be occurring at many different levels of the photosphere and chromosphere without a preferred height and at a faster speed than is predicted by the Sweet-Parker reconnect ion model using the classical value of electric conductivity. Introducing an anomalous magnetic diffusivity 10-100 times the classical value is one of the possible ways of explaining the fast reconnect ion as inferred from observations.
To seek an atmospheric heating mechanism operating on the Sun we investigated a heating source generated by a downflow, both of which may arise in a magnetic loop dynamically formed on the Sun via flux emergence. Since an observation shows that the illumination of evolving magnetic loops under the dynamic formation occurs sporadically and intermittently, we performed a magnetohydrodynamic simulation of flux emergence to obtain a high-cadence simulated data, where temperature enhancement was identified at the footpoint of an evolving magnetic loop. Unlike a rigid magnetic loop with a confined flow in it, the evolving loop in a low plasma β atmosphere is subjected to local compression by the magnetic field surrounding the loop, which drives a strong supersonic downflow generating an effective footpoint heating source in it. This may introduce an energy conversion system to the magnetized atmosphere of the Sun, in which the free magnetic energy causing the compression via Lorentz force is converted to the flow energy, and eventually reduced to the thermal energy. Dynamic and thermodynamic states involved in the system are explained.
We examine the observations of large-scale magnetic fields in the Universe. We begin at the largest scale with clusters of galaxies and work our way down through galaxies and finally to the Milky Way. on which we concentrate in detail. We examine the observations of the Galactic magnetic field, and their interpretation, under the philosophy that the Galactic magnetic field is like that in other spiral galaxies. We use pulsar data. diffuse Galactic synchrotron emission, and starlight polarization data to discuss the Galaxy's global magnetic configuration and the uniform ($B_u$), random ($B_r$), and total ($B_t$) components of the field strength. We find disagreement among conclusions derived from the various data sets and argue that the pulsar data are not the best indicator for large-scale Galactic field. Near the Solar circle, we find that the azimuthal average of $B_t$ is 4.2$\mu$G and we adopt $B_u\~$2.2 and $B_r\~3.6{\mu}G$. $B_t$ is higher in spiral arms, reaching $\~5.9{\mu}G$. $B_t$ is higher for smaller $R_{Gal}$, reaching $\~8.0{\mu}G$ for $R_{Gal}$ = 4.0 kpc. The pattern of field lines is not concentric circles but spirals. The inclination of the magnetic spiral may be smaller than that of the Galaxy's spiral arms if our sample, which refers primarily to the interarm region near the Sun, is representative. However, it is not inconceivable that the local field lines follow the Galaxy's spiral pattern, as is observed in external galaxies.
Yang, Dan;Jiang, Yunchun;Yang, Jiayan;Bi, Yi;Yang, Bo
Journal of The Korean Astronomical Society
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v.47
no.3
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pp.105-113
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2014
We apply differential affine velocity estimator (DAVE) to the Solar Dynamics Observatory (SDO)/Helioseismic and Magnetic Imager (HMI) 12-min line-of-sight magnetograms, and separately calculate the injected magnetic helicity for the leading and the following polarities of nine emerging bipolar active regions (ARs). Comparing magnetic helicity flux of the leading polarity with the following polarity, we find that six ARs studied in this paper have the following polarity that injected more magnetic helicity flux than that of the leading polarity. We also measure the mean area of each polarity in all the nine ARs, and find that the compact polarity tend to possess more magnetic helicity flux than the fragmented one. Our results confirm the previous studies on asymmetry of magnetic helicity that emerging bipolar ARs have a polarity preference in injecting magnetic helicity. Based on the changes of unsigned magnetic flux, we divide the emergence process into two evolutionary stages: (1) an increasing stage before the peak flux and (2) a constant or decreasing stage after the peak flux. Obvious changes on magnetic helicity flux can be seen during transition from one stage to another. Seven ARs have one or both polarity that changed the sign of magnetic helicity flux. Additionally, the prevailing polarity of the two ARs, which injects more magnetic helicity, changes form the following polarity to the leading one.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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