Large-scale EUV waves: dynamics, driver and plasma properties

Proposer: Astrid Veronig, Institute of Physics, University of Graz, Austria

Abstract English

Solar flares and coronal mass ejections (CMEs) are the most energetic eruptions in the solar system. They are driven by the strong magnetic fields in sunspots, and are frequently accompanied by large-scale large-amplitude waves and shocks in the solar atmosphere. Large-scale disturbances propagating through the solar corona have been first imaged by the Extreme-Ultraviolet Imaging Telescope (EIT) onboard the ESA/NASA Solar and Heliospheric Observatory (SOHO) about 15 years ago. They have attracted much attention due to their association with Earth-directed geo-effective halo CMEs, but they were also the source of a substantial controversy in the solar physics community as regards their physical interpretation. In this project, we will make use of the unprecedented observational data that are available nowadays via a fleet of scientific spacecraft dedicated to solar and heliospheric observations to address the following aims:

- Using the ultrahigh-cadence multi-band imaging from the Atmospheric Imaging Assembly (AIA) onboard NASA's recent Solar Dynamics Observatory (SDO), we will study the fine structure, wave characteristics, and dynamics of EUV waves as well as their initiation in relation to the impulsive CME expansion.

- Important plasma diagnostics of EUV waves (density, temperature, plasma motions at the wave front), which are still outstanding, will be studied through dedicated observing campaigns of the Extreme-Ultraviolet Imaging Spectrometer (EIS) onboard the Japanese Hinode mission combined with SDO/AIA high-cadence imaging.

- The relation of coronal EUV waves to chromospheric Moreton waves will be analyzed by combining high-cadence EUV imaging by SDO/AIA with high-cadence imaging in the wings of the Halpha spectral line from ground-based observatories. To this aim we will develop a new Ha wing telescope system at Kanzelhöhe Observatory of the University of Graz.

- We will systematically study the association of EUV waves with solar energetic particle events measured in-situ at multiple platforms in the heliosphere. The outcome of this study may provide a basis for better forecasting of particle events at Earth from solar observations.

Abstract German

Solare Flares und koronale Massenauswürfe sind die energiereichsten Ausbrüche in unserem Sonnensystem. Sie haben ihre Ursache in den starken Magnetfeldkonzentrationen von Sonnenflecken, und werden oftmals von großskaligen Wellen hoher Amplitude bzw. von Stoßwellen in der Sonnenatmosphäre begleitet. Globale Störungen, die sich durch die Sonnenkorona ausbreiten, wurden erstmals vor etwa 15 Jahren vom Extreme-Ultraviolet Imaging Telescope (EIT) an Bord der ESA/NASA Mission SOHO (Solar and Heliospheric Observatory) beobachtet. Aufgrund ihrer Assoziation mit erdgerichteten geoeffektiven koronalen Massenauswürfen haben sie großes Interesse geweckt. Zugleich haben sie jedoch auch eine noch immer anhaltende Kontroverse innerhalb der Sonnenphysik ausgelöst, was ihre physikalische Interpretation betrifft. Das vorliegende Projekt nutzt in vollem Umfang die herausragenden Beobachtungsdaten zu EUV-Wellen, die gegenwärtig von einer Flotte von Satelliten zur Untersuchung der Sonne gewonnen werden, um die folgenden Ziele zu verfolgen:

- Untersuchung der Feinstruktur, Wellencharakteristik und Dynamik von EUV-Wellen sowie ihr Zusammenhang mit der impulsiven Expansion des assoziierten koronalen Massenauswurfs mittel der Ultrahochkadenzaufnahmen des Atmospheric Imaging Assembly (AIA) an Bord der neuen NASA-Mission Solar Dynamics Observatory (SDO).

- Erstmalige Plasmadiagnostik von EUV-Wellen (Dichte, Temperatur, Plasmaströmungen an der Wellenfront) mittels dezidierter Beobachtungskampagnen des Extreme-Ultraviolet Imaging Spectrometer (EIS) an Bord der japanischen Hinode-Mission in Kombination mit abbildenden Aufnahmen hoher Zeitauflösung von SDO/AIA.

- Untersuchung der Relation von koronalen EUV-Wellen mit Moretonwellen in der Sonnenchromosphäre mittels koordinierter Aufnahmen im EUV von SDO/AIA und von bodengestützen Observatorien in den Flügeln der Halpha Spektrallinie, beides mit hoher Zeitkadenz. Zu diesem Zweck soll ein neues Halpha-Teleskop am Observatorium Kanzelhöhe der Universität Graz entwickelt und in Betrieb genommen werden.

- Systematische Studie zur Assoziation von EUV-Wellen auf der Sonne mit hochenergetischen Teilchen-Events in Erdentfernung, gemessen von verschiedenen Sonden an unterschiedlichen Positionen in der Heliosphäre. Das Ergebnis dieser Studie soll zur besseren Voraussage von Teilchen-Events auf der Erde basierend auf Sonnenbeobachtungen beitragen.