太阳色球层中 H$\alpha$ 线的形成

我们利用最先进的辐射磁流体动力学（MHD）模拟和三维非局部热动平衡（non-LTE）辐射转移计算，研究太阳色球层中 H$\alpha$ 线的形成，并将研究成果应用于开发 H$\alpha$ 作为色球层诊断工具的潜力。我们表明，只要模型大气的计算包含了氢的非平衡电离，且莱曼-$\alpha$ 和莱曼-$\beta$ 线轮廓由多普勒轮廓描述，就可以假设统计平衡和完全频率重分布来准确模拟 H$\alpha$ 线的形成。我们发现，由于 H$\alpha$ 中的光子毁灭概率较低，三维辐射转移在模拟氢线时至关重要。上层色球层中的 H$\alpha$ 不透明度主要对质量密度敏感，而对温度仅微弱敏感。我们发现 H$\alpha$ 线心强度与平均形成高度相关：平均形成高度越大，强度越低。线心宽度是线形成区域气体温度的量度。从我们的模型大气计算出的 H$\alpha$ 线心图像中看到的纤维状暗结构正在追踪磁力线。这些结构是由沿磁场排列的色球层质量密度增强脊引起的，它们抬高了平均形成高度，因此使其相对于形成较深的周围环境显得更暗。我们将结果与观测进行了比较，发现模拟的线心宽度与观测到的非常相似，无需额外的微湍流。