Reactie van plasma op de aanwezigheid van coronale golven

De zon heeft een rechtstreekse invloed op vele processen op onze planeet,
van klimaat tot het ondersteunen van leven. Hoewel het geen bevordering nodig
heeft maakt het is het hierdoor het belangrijkste astrofysische onderzoeksobject.
Ondanks het voor ons vanzelfsprekende belang is het veilig om te zeggen dat de
verbinding tussen de zon en de Aarde verre van volledig begrepen is. De zon
oefent voornamelijk invloed uit door zijn helderheid, d.w.z. elektromagnetische
straling, maar ook door zijn magnetische activiteit, wat leidt tot de zonnewind
en ruimteweer, d.w.z. een variabele maar continue flux van geladen deeltjes
afkomstig van zijn dynamische atmosfeer. Een beter begrip van het ruimteweer
is essentieel, aangezien we steeds meer afhankelijk zijn van op ruimtevaart
gebaseerde technologieën en omdat we steeds verder van de aarde weg dwalen
op ruimtevaartmissies. De drijvende kracht en oorsprong van ruimteweer
is de magnetisch gedomineerde zonnecorona, die vanuit fysiek oogpunt nog
raadselachtig is. Vooral het bijna 80 jaar oude mysterie van hoe het wordt
verwarmd tot meerdere miljoenen graden vormt het beroemde probleem van
coronale verwarming. De theorieën die naar voren zijn gebracht om dit raadsel
op te lossen, kunnen in twee afzonderlijke vakken worden geplaatst (zelfs als ze
samen zouden kunnen werken): de zogenaamde gelijkstroommodellen, waarbij de
langzame verschuiving van de magnetische veldlijnen leidt tot kleine reconnectie
gebeurtenissen, genaamd nanoflares, en het wisselstroommodel, waarin golven,
gegenereerd door de turbulente convectie aan het oppervlak van de zon, worden
gedissipeerd terwijl ze zich naar boven voortplanten.

In dit proefschrift richten we ons op golfgedrag in de zonnecorona, in het kader van magnetohydrodynamica
(MHD). Het belang van een beter begrip van golfverschijnselen is tweeledig: aan
de ene kant, zoals eerder vermeld, zijn golven een potentiële kandidaat voor
coronale verwarming; Aan de andere kant, omdat eigenschappen van golven
aanwijzingen bevatten over het medium waarin ze zich voortplanten, kunnen
ze worden gebruikt als diagnostische hulpmiddelen voor de onvatbare fysieke
eigenschappen van de zonnecorona, binnen het veld van coronale seismologie.De corona is niet homogeen, omdat de complexe magnetische veldconfiguratie
zijn uiterlijk dicteert. In deze zin onderscheiden we de open magnetische veld corona,

die koelere gebieden zijn, meestal gelegen aan de polen van de
zon, en de gesloten magnetische veldcorona, die de majestueuze coronale lussen
presenteren, boogachtige plasmastructuren die het magnetische veld schetsen.
Coronale lussen staan centraal in coronal golfstudies, omdat structurering veel
interessante verschijnselen introduceert, zoals oppervlaktegolven, golfdemping,
moduskoppeling, resonante absorptie, fasemixing, enzovoort. Het analytische
raamwerk voor deze veel bestudeerde mechanismen is goed ontwikkeld, maar
weggaan van symmetrische en lineaire problemen naar meer realistische, niet-
lineaire dynamica wordt mogelijk gemaakt door de recente vooruitgang in
numerieke rekenkracht. Veel van het werk dat in dit proefschrift wordt
uitgevoerd en gepresenteerd, heeft dus betrekking op de niet-lineaire aspecten
van golfgedrag in de gestructureerde corona, met behulp van numeriekesimulaties, met implicaties voor zowel het coronale verwarmingsprobleem als
coronale seismologie, de twee voornaamste resultaten van coronale golfstudies.
De eerste drie studies gepresenteerd in de resultaten richten zich op staande
kinkgolven in coronale lussen gemodelleerd als rechte cilindrische fluxbuizen.
De effecten van stralingskoeling, grote amplitudes en een gedraaid
magnetisch veld op de oscillatie-eigenschappen worden gepresenteerd. In
alle gevallen blijken niet-lineariteiten, waaronder de meest prominente de
ontwikkeling van de Kelvin-Helmholtz-instabiliteit rond de lus, aanzienlijke
afwijkingen van analytische resultaten te induceren, b.v. in dempingstijd en
oscillatieperiode. Deze hebben invloed op enkele seismologische schattingen die
gebaseerd zijn op deze waarden en op golfverwarming. Verder duidt het op
de mogelijk complexe en turbulente interne structuur van coronale lussen, door het effect te bestuderen
van het propageren van transversale golven in een inhomogeen plasma. Voor
de eerste keer wordt aangetoond dat turbulentie kan worden gegenereerd
door unidirectioneel voortplantende golven, wat een paradigmaverschuiving
in MHD-turbulentie in het algemeen vormt, niet alleen voor de coronale
setting. Ten slotte wordt in 8 de mogelijkheden van het veelbelovende en
opkomende gebied van dynamische coronale seismologie geëvalueerd. Gebaseerd
op de alomtegenwoordigheid van de transversale propagerende Alfvénische
golven waargenomen in de zonnecorona, zou de mogelijkheid van continue
diagnostiek voor fysische parameters zoals magnetische veldsterktes vooruitgang
in ons begrip van coronale evolutie vormen. Het is aangetoond dat, ondanks
zowel theoretische als observationele beperkingen, betrouwbare schattingen van
het magnetisch veld kunnen worden bereikt, robuust tot sterk verschillendegesimuleerde omstandigheden, die naar verwachting aanwezig zullen zijn in de
corona.