基于 Titov-Demoulin 平衡测试非线性力自由日冕磁场外推

背景：由于通常无法直接测量日冕磁场，必须从光度层面的测量推导出其在日冕中的结构。目标：我们测试一种非线性力自由日冕磁场外推代码的质量。方法：通过优化原理的数值求解非线性力自由方程。该方法最小化关于力自由条件和无散度条件的积分。我们采用两种边界条件：案例 I 使用计算盒子所有六面上的磁场分量，案例 II 仅使用下边界。通过计算力自由性和散度自由性的实现程度，并与解析解进行比较来检验重建质量。比较方式包括磁场线图和若干量化指标，如向量相关性、Cauchy Schwarz 量、归一化向量误差、平均向量误差和磁能。结果：对于案例 I，重建的磁场与原始磁场拓扑结构良好吻合，而在案例 II中则存在显著偏差。定量指标也支持这一结论，案例 I的指标显著优于案例 II。结论：尽管考虑的力自由平衡具有强非线性，优化外推方法仍能成功重建其结构；然而，重建质量显著依赖于输入数据的一致性，这只有当已知解同时提供侧向和顶部边界时才能保证，并且取决于磁图边界附近是否存在磁通浓度。