Solar and astrophysical magnetohydrodynamics  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
67746
Type K
Principal investigator Petrovay, Kristóf
Title in Hungarian Szoláris és asztrofizikai magnetohidrodinamika
Title in English Solar and astrophysical magnetohydrodynamics
Keywords in Hungarian Nap, asztrofizika, magnetohidrodinamika (MHD)
Keywords in English Sun, astrophysics, magnetohydrodynamics (MHD)
Discipline
Astronomy (Council of Physical Sciences)90 %
Physics (Council of Physical Sciences)10 %
Panel Physics 1
Department or equivalent Department of Astronomy (Eötvös Loránd University)
Participants Ballai, István
Erdélyi, Róbert
Forgácsné Dajka, Emese Zelmíra
Marschalkó, Gábor
Starting date 2007-07-01
Closing date 2011-07-31
Funding (in million HUF) 11.330
FTE (full time equivalent) 7.27
state closed project
Summary in Hungarian
Az Univerzum látható anyagának zöme többé-kevésbé ionizált gáz, azaz plazma alakjában van jelen, melyben belső áramlások folynak. A plazma áramlása során a benne levő szabad töltések mozgása elektromos áramot jelent, ez viszont mágneses teret kelt. A mágneses tér viszont visszahat a töltések mozgására, vagyis a közeg áramlására. A mágneses tér és az áramló vezető közegek kölcsönhatását a magnetohidrodinamika (elterjedt rövidítéssel: MHD) vizsgálja. Az asztrofizikai magnetohidrodinamika hagyományosan legfontosabb ''laboratóriuma'' a legközelebbi csillag, a Nap.

Az ELTE Csillagászati Tanszékén működő szoláris MHD kutatócsoport hazánkban az egyetlen, e területen dolgozó elméleti műhely. A hatvanas években alapított kutatócsoport munkája nemzetközi elismertségnek örvend. A csoport munkájának fő pénzügyi bázisát hagyományosan egy OTKA kutatási pályázat jelenti. Jelen pályázat célja tehát, hogy 2007-től folytatólagosan biztosítsa a csoport munkájához szükséges anyagi hátteret.

Tervezett további kutatásaink három kulcskérdéshez kapcsolódnak:
(1) A naptevékenység eredete
(2) A napkorona fűtési mechanizmusa
(3) Asztrofizikai turbulencia és MHD
Summary
Much of the material of cosmic bodies is in the form of ionized gas or plasma. Flows in a plasma imply electric currents. Currents have magnetic fields, which in turn have a feedback effect on the motions. The study of such flows in a compressible plasma is known as magnetohydrodynamics (MHD). The classic ''laboratory'' of astrophysical MHD, most accessible for detailed study, is the nearest star, our Sun

The solar MHD research group at the Department of Astronomy of Eötvös University is the only theoretical research group in Hungary working in this field. Initiated in the 1960's, by now the group has become an internationally acknowledged team. The main source of funding for the group has traditionally been an OTKA research grant. In the last few years, OTKA support has also made it possible to slightly extend our field of research from purely solar studies towards other astrophysical applications of MHD. The aim of the present application is to ensure the continued availability of this principal source of funding for the further activity of the research group.

Our planned research will concentrate on problems related to three key issues in solar and astrophysical MHD:
(1) The origin of solar activity
(2) Mechanisms of coronal heating
(3) Astrophysical turbulence and MHD




 

Final report

  
Results in Hungarian
A pályázat az ELTE Csillagászati Tanszékén mûködõ szoláris magnetohidrodinamikai kutatócsoport működésének fõ finanszírozási forrása. Itt két fontos eredményünket emeljük ki a 2007--2011 évekből. A naplégkör felső rétegeibe irányuló mechanikai energiatranszport és fűtés kérdése a mai napig nem tisztázott. Fontos empirikus megkötést sikerült adnunk ehhez a problémához azáltal, hogy keskenysávú, nagy felbontású H-alfa felvételek alapján oszcillációkat mutattunk ki a Nap fotoszférájában mágneses elemek egy csoportjában. Gondos elemzéssel kimutattuk, hogy az oszcillációk csak torziós Alfvén-hullámokként értelmezhetőek, melyek szögamplitúdója 22 fok. Ez az ilyen típusú hullámok jelenlétének eddigi legmeggyőzőbb bizonyítéka a Nap légkörében. Energiafluxusuk elegendő lehet a napkorona fűtéséhez is. A Nap-dinamó lehetséges működési mechanizmusai közül az egyik legnépszerűbb az ún. határfelületi dinamó. Ennek legegyszerűbb, s így a fontosabb effektusok kölcsönhatásába leginkább betekintést engedő leírása a Parker-féle analitikus határfelületi dinamómodell. Ennek további általánosításaként levezettük és grafikusan megoldottuk a felületi hullám viselkedését leíró diszperziós relációkat arra az esetre, ha a tachoklína véges vastagságú (szemben az eredeti modellel, ahol két félvégtelen réteg szerepel). Azt találtuk, hogy a véges rétegmélység hatása igen összetett, és a véges mélységű vízrétegen terjedő felületi hullámok analógiája nem alkalmazható.
Results in English
The project has been the principal source of funding for the solar and astrophysical research group at the Department of Astronomy of Eötvös University. In this summary we just mention two key results of our research. The flow of energy through the solar atmosphere and the heating of the Sun's outer regions are still not understood. We could impose an important empirical constraint on this problem by detecting oscillatory phenomena associated with a large bright-point group. With careful analysis we have demontrated that these oscillations are the signature of Alfvén waves produced by a torsional twist of ±22 degrees. This is the most convincing evidence to date for the presence of such waves in the solar atmosphere. The energy flux associated with this wave mode is sufficient to heat the solar corona. One of the most widely duscussed scenarios for the solar dynamo is the so-called interface dynamo. We generalized Parker's analytic Cartesian interface dynamo to the case of a shear layer of finite thickness and low resistivity ("tachocline"), bounded by a perfect conductor ("radiative zone") on the one side, and by a highly diffusive medium ("convective zone") supporting an alpha-effect on the other side. We have found that the ffect of finite layer depth is quite complex and the analogy with surface waves on shallow water is not applicable.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=67746
Decision
Yes





 

List of publications

  
Petrovay K.: On the possibility of a bimodal solar dynamo, Astr. Nachr. 328, 777, 2007
Marschalkó G., Petrovay K., Forgács-Dajka E.: Molecular cloud abundances and anomalous diffusion, Astr. Nachr. 328, 871, 2007
Chatterjee P., Choudhuri A.R., Petrovay K., Nandi D.: A theoretical model for the magnetic helicity in solar active regions, Adv. Space Res. 41, 893, 2007
Petrovay K.: The origin of magnetic helicity in solar active regions, AIP Conf. Proc. 934, 3, 2007
Petrovay K.: "Black star" or astrophysical black hole?, AIP Conf. Proc. 968, 426, 2008
Kerekes A., Erdélyi R., Mole N.: A novel approach to the solar interior-atmosphere eigenvalue problem, Astrophys. J. 683, 527, 2008
Mole N., Kerekes A., Erdélyi R.: Effects of random flows on the solar f-mode: I. Horizontal flow, Solar Phys. 251, 453, 2008
Mole N., Kerekes A., Erdélyi R.: Effects of random flows on the solar f-mode: II. Horizontal and vertical flow, Solar Phys. 251, 469, 2008
Clack C.T.M., Ballai I.: Nonlinear theory of resonant slow waves in anisotropic and dispersive plasmas, Phys. Plasmas 15, 082310, 2008
Ballai I., Douglas M., Marcu A.: Forced oscillations of coronal loops driven by EIT waves, Astron. Astrophys. 488, 1125, 2008
Taroyan Y., Erdélyi R.: Global acoustic resonance in a stratified solar atmosphere, Solar Phys. 251, 523, 2008
Erdélyi R., Taroyan Y.,: Hinode EUV spectroscopic observations of coronal oscillations, Astron. Astrophys. 489, L49, 2008
Verth G., Erdélyi R., Jess D. B.: Refined magnetoseismological technique for the solar corona, Astrophys. J. 687, L45, 2008
Jess D.B., Mathioudakis M., Erdélyi R., Crockett P.J., Keenan F.P., Christian D.J.: Alfvén waves in the lower solar atmosphere, Science 323, 1582, 2009
Petrovay K.: Solar and planetary dynamos: comparison and recent developments, Proc. IAU Symp. 257, 71, 2009
Fedun V., Erdélyi R., Shelyag, S.: Oscillatory response of the 3D solar atmosphere to the leakage of photospheric motion, Solar Phys. 258, 219-241 (2009), 2009
Scullion E., Popescu M. D., Banerjee D., Doyle J. G., Erdélyi, R.: Jets in polar coronal holes, Astrophys. J. 704, 1385, 2009
Morton R. J., Erdélyi, R.: Transverse oscillations of a cooling coronal loop, Astrophys. J. 707, 750, 2009
Ruderman M. S., Erdélyi, R.: Transverse oscillations of coronal loops, Space Sci. Rev. 149, 199, 2009
Taroyan Y., Erdélyi R.: Heating diagnostics with MHD waves, Space Sci. Rev. 149, 229, 2009
Zaqarashvili T. V., Erdélyi, R.: Oscillations and waves in solar spicules, Space Sci. Rev. 149, 355, 2009
Verth G., Erdélyi R., Goossens, M.: Magnetoseismology: Eigenmodes of torsional Alfvén waves in stratified solar waveguides, Astrophys. J. 714, 1637, 2010
Petrovay K.: Harmonic analysis approach to solar cycle prediction and the Waldmeier effect, Proc. IAU Symp. 264, 150, 2010
Mocanu G., Marcu A., Ballai I., Orza B.: The problem of phase mixed shear Alfvén waves in the solar corona revisited, Astron. Nachr. 329, 780, 2008
Clack C. T. M., Ballai I., Ruderman M. S.: On the validity of nonlinear Alfvén resonance in space plasmas, Astron. Astrophys. 494, 317, 2009
Clack C. T. M., Ballai I.: Nonlinear resonant absorption of fast magnetoacoustic waves in strongly anisotropic and dispersive plasmas, Phys. Plasmas 16, 042305, 2009
Clack C. T. M., Ballai I.: Mean shear flows generated by nonlinear resonant Alfvén waves, Phys. Plasmas 16, 072115, 2009
Ballai I., Forgács-Dajka E.: The dynamical solar atmosphere, J. Phys. Conf. Series 218, 012002, 2010
Clack C. T. M., Ballai I., Douglas M.: Resonant absorption of fast magnetoacoustic waves due to coupling into the slow and Alfvén continua in the solar atmosphere, Solar Phys. 264, 311, 2010
Ballai I., Forgács-Dajka E., Douglas M.: Magnetoacoustic surface gravity waves at a spherical interface, Astron. Astrophys. 527, A12, 2011
Morton R. J., Hood A. W., Erdélyi R.: Propagating magneto-hydrodynamic waves in a cooling homogenous coronal plasma, Astron. Astrophys. 512, A23, 2010
Kumar P., Srivastava A. K., Somov B. V., Manoharan P. K., Erdélyi R., Uddin W.: Evidence of solar flare triggering due to loop-loop interaction caused by footpoint shear motion, Astrophys. J. 723, 1651, 2010
Petrovay K., Kerekes A., Erdélyi R.: An analytic interface dynamo over a shear layer of finite depth, Geophys. Astrophys. Fluid Dyn. 104, 619, 2010
Erdélyi R., Fedun V.: Magneto-acoustic waves in compressible magnetically twisted flux tubes, Solar Phys. 263, 63, 2010
Morton R. J., Erdélyi R.: Application of the theory of damping of kink oscillations by radiative cooling of coronal loop plasma, Astron.. 519, A43, 2010
Morton R. J., Erdélyi R., Jess, D. B., Mathioudakis M.: Observations of sausage modes in magnetic pores, Astrophys. J. Lett., 729, L18, 2011
Fedun V., Shelyag S., Erdélyi R.: Numerical modeling of footpoint-driven magneto-acoustic wave propagation in a localized solar flux tube, Astrophys. J. 727, 17, 2011
Petrosyan A., Balogh A., Goldstein M. L., Léorat J., Marsch E., Petrovay K., Roberts B., von Steiger R., Vial J. C.: Turbulence in the solar atmosphere and solar wind, Space Sci. Rev. 156, 135, 2010
Petrovay K.: Solar cycle prediction, Living Rev. Solar Phys. 7, 6, 2010
Petrovay K., Christensen U. R.: The magnetic Sun: Reversals and long-term variations, Space Sci. Rev. 155, 371, 2010



Back »