活动区太阳日冕中的磁能与螺旋度预算 I. 线性无力场近似

我们自洽地推导了根植于下边界平面的三维线性无力场磁结构的磁能和相对磁螺旋度预算。对于势磁能，我们导出了一个与磁维里定理结果实际等价的通用表达式。所有磁能和螺旋度预算均用下边界上的面积分表示，从而避免了计算密集的三维磁场外推。我们将推导结果与磁能和螺旋度的经典表达式在解析和数值上进行了联系，从而给出了常-α 近似下能量/螺旋度预算的迄今所缺乏的统一处理。将我们的推导应用于一颗爆发性和一颗非爆发性太阳活动区的光球矢量磁图，我们发现这两个区域之间最深刻的定量差异在于估计的自由磁能和相对磁螺旋度预算。如果这一结果得到大量活动区的验证，将增进我们对太阳爆发现象的理解。我们还发现，常-α 近似在计算自由磁能和相对磁螺旋度时会产生较大的不确定性。因此，在将这一近似应用于光球磁场观测时必须谨慎。尽管存在这些不足，这里仍采用了常-α 近似，因为本研究将构成对活动区太阳日冕的能量学和螺旋度进行全面非线性无力场描述的基础，而这是我们的最终目标。