Three Dimensional Configuration and Evolution of Coronal Mass Ejections

Cremades Fernandez, Maria Hebe

Koronale Massenauswürfe (Coronal Mass Ejections; CMEs) stellen neben der elektromagnetischen Strahlung und dem Sonnenwind einen weiteren fundamentalen Prozess dar, durch den Energie in den interplanetaren Raum freigesetzt wird. Die Entstehung von CMEs, ihre drei-dimensionale Struktur und Magnetfeldkonfiguration sind bis heute nicht wissenschaftlich geklärt. Zur Zeit ermöglichen Daten, aufgenommen von Instrumenten auf der Raumsonde SOHO (Solar and Heliospheric Observatory), erstmals die Auflösung feiner Strukturen innerhalb von CMEs, die zum Verständnis ihrer internen Magnetfeldstruktur und Entstehung beitragen können. Für diese Studie wurden solche „strukturierten” CMEs aus dem vollständigen Satz von SOHO/LASCO-Beobachtungen ausgewählt und deren Quellregionen mit Hilfe von komplementären Messungen der SOHO-Instrumente EIT, MDI und zusätzlichen bodengebundene H-alpha-Messungen untersucht. Basierend auf dieser Analyse konnte ein fundamentales Schema abgeleitet werden, das die drei-dimensionale Konfiguration von CMEs erklären kann. Die drei-dimensionale Struktur eines CMEs, die in den Koronagraphenaufnahmen sichtbar wird, hängt danach hauptsächlich von der heliographischen Lage und Orientierung der magnetischen Neutrallinie der CME-Quellregion ab. Die in den untersuchten CMEs gefundene zylindrische Geometrie lässt darauf schließen, dass CMEs in axialer Richtung entlang der Neutrallinie räumlich strukturiert werden und, dass diese CMEs von SOHO in extremer Projektion, d.h. entweder parallel zu ihrer Achse oder senkrecht zu ihr beobachtet wurden. Die bestimmten Dimensionen zeigen ferner, dass solche CMEs besser durch elliptische Kegelschnitte beschrieben werden, als durch kreisförmige Kegelschnitte welche in den bisherigen CME-Modellen Verwendung finden. Um die räumliche Struktur sogenannter halo CMEs zu untersuchen wurde daher ein elliptisches Kegelmodell entwickelt und an einer Reihe solcher CMEs getestet.

Coronal mass ejections (CMEs) represent fundamental powerful processes in which energy is transferred from the Sun into interplanetary space. Their origin, 3D structure, and internal magnetic field configuration are to date not well understood. Unprecedented data provided by the instruments onboard the Solar and Heliospheric Observatory (SOHO) allow for the first time the resolution of fine structures within CMEs, which can help to deduce their 3D configuration. A set of ”structured” CMEs was identified from the full set of SOHO/LASCO observations, while their solar source regions were inferred from complementary analyses of SOHO/EIT, SOHO/MDI, and ground-based H-alpha measurements. From the characteristic distribution of the CMEs source regions, a generic scheme of 3D configuration is deduced, according to which the projected white-light topology of a CME depends primarily on the heliographic position and orientation of the source region’s underlying neutral line. The cylindrical geometry found in the structured CMEs implies that they are organized along an axial direction. Furthermore, the typical dimensions of structured CMEs exhibiting extreme projections (viewed along their axis or perpendicular to it) were investigated. The measured dimensions indicate that these CMEs would be better approximated by elliptic cones, rather than by the classical cone of circular cross section. The dimensions of halo CMEs originating near Sun center are expected to agree with those obtained for the structured events. In order to understand the CME topology better, an elliptical cone model was developed as an improvement to the existing circular cone model, in an effort to fit and reproduce a set of halo CMEs from LASCO.

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Cremades Fernandez, Maria Hebe: Three Dimensional Configuration and Evolution of Coronal Mass Ejections. 2005.

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