基于Faster R-CNN的日冕物质抛射检测方法

日冕物质抛射(Coronal Mass Ejection,CME)是一种强烈的太阳爆发现象,对空间天气和人类生活有巨大的影响,因此,日冕物质抛射检测对预报日冕物质抛射、保障人类的生产生活安全具有重要意义。现有的日冕物质抛射检测多采用人为定义特征和界定阈值等方法。由于人为定义特征不能准确表征日冕物质抛射且具有普适性的阈值难于选择,现有的方法对日冕物质抛射的检测效果有待提高。提出一种基于Faster R-CNN(Faster Region-based Convolutional Neural Networks)的日冕物质抛射检测算法。该方法首先结合CDAW(Coordinated Data Analysis Workshop Data Center),SEEDS(Solar Eruptive Even Detection System)和CACTus(Computer Aoded CME Tracking software package)3个著名的日冕物质抛射目录信息,人工标注了包含9113幅日冕图像的数据集,然后根据日冕物质抛射的图像特征较自然图像少、目标尺寸与自然图像有差异等特点,在特征提取和锚点选择方面对Faster R-CNN进行改进。以2007年6月的日冕物质抛射标注数据为测试集,本文算法检出了全部22个强日冕物质抛射事件和151个弱日冕物质抛射事件中的138个,对日冕物质抛射事件的中心角和角宽度等特征参数的检测误差分别在5°和10°以内。     

对地日冕物质抛射研究

日冕物质抛射，作为太阳大气中频繁发生的极为壮观的活动现象，越来越受到太阳物理学家的关注。其中一类特殊的抛射事件－－对地日冕物质抛射，通常与大的地磁暴、行星际激波和高能粒子事件相伴生，具有强烈的地球物理效应，是影响空间天气的主要因素之一。概括了对地日冕物质抛射的研究现状，重点介绍了与对土日冕物质抛射事件相联系的光球向量磁场演化的观测研究成果，并由典型事件探讨了暗条爆发、耀五等剧烈太阳活动和对地日冕物质抛射之间的密切关系，提出了尚待解决的主要问题和进一步的研究方向。     

日冕磁场重建方法在研究太阳爆发活动中的应用

太阳是与地球关系最为密切的天体.发生在日面上的剧烈爆发性活动可能对人类的生存环境产生巨大影响甚至是灾难性后果.包含太阳耀斑、暗条爆发和日冕物质抛射在内的太阳爆发活动是同一物理过程的不同表现形式,其能量来源于爆发前储存在日冕中的磁场自由能.因此,了解日冕磁场的3维结构是理解太阳爆发的触发机制以及活动区的稳定性等现象的前提.由于观测技术限制,目前尚无法对日冕磁场进行常规观测,因此发展了多种利用可常规观测的光球磁场来重建日冕磁场的方法.主要评述近10 yr来各种日冕磁场重建方法在研究太阳爆发活动中的应用.     

日冕物质抛射的偏转特性研究

日冕物质抛射(CME)是巨大的、携带磁力线的泡沫状气体,在几个小时中被从太阳抛射出来的过程。日冕物质抛射伴随着大量带电粒子和辐射的释放,这些物质进入日地空间,对日地空间的磁场造成很大扰动;当它们传播到地球附近时,则严重影响地球的磁场,产生磁暴,也对空间和地面的电子设备造成干扰。日冕物质抛射在传播过程中如果发生偏转,将影响它对地有效性。因此研究日冕物质抛射的偏转特性,对预报日冕物质抛射对日地空间的影响具有重要意义。主要利用2007年10月8日STEREO卫星的日冕物质抛射观测资料,结合全日面线性无力场模型(Global Linear Force-Free Field,GLFFF)进行磁场外推,分析日冕物质抛射偏转与背景磁场能量密度分布之间的关系,并计算日冕物质抛射的运动轨迹。通过改变无力因子α,发现当α=0.15时,计算得到的日冕物质抛射运动轨迹与实际观测的日冕物质抛射运动轨迹拟合得最好。     

暗条和日冕极紫外波的三维动力学演化研究

<正>探索三维空间内的各种太阳爆发活动是近年来人们普遍关注的一个热点课题.其主要原因在于爆发活动的三维演化反映了其真实的物理过程,对于认识各种活动现象的发生和演化规律十分重要.暗条爆发和日冕物质抛射(CME)是两种重要的太阳活动现象.日冕极紫外(EUV)波是CME的一种伴生现象,对日冕EUV波的研究为完整地理解CME提供了重要的线索.由于先前的数据都来源于单一视角     

太阳爆发活动多波段高分辨观测

<正>太阳大气中时刻发生着各种各样的爆发活动现象,例如耀斑、暗条爆发、喷流、日冕物质抛射以及各种磁流体力学波动现象等.过去的大量观测研究表明,太阳磁场在各种爆发活动现象中都起着决定性的作用.由于许多太阳爆发活动现象都会对地球空间环境和人类生活产生巨大影响,对太阳爆发活动现象的研究和预报都具有非常重要的现实意义.另外,太阳是距离地球最近的恒星,也是人们唯一可以近距离观测的恒星.太阳爆发活动现象的研究,对其它恒星的研究也具有重要的参考价值.     

惊天动地的CME

CME是(Coronal Mass Ejection)的缩写,意为日冕物质抛射。 太阳耀斑爆发已经是一个规模巨大的、剧烈的活动现象了。CME则是太阳日冕层中规模比太阳耀斑还大许多倍的活动现象,或者说是尺度最大、最壮观的爆发现象。从物理意义上讲,CME是从太阳向外喷射出的庞大等离子体和磁场结构,是日冕和太阳风     

爆发日珥与日冕物质抛射的观测研究

本文比较了1982年2月9日同时观测到的两个爆发日珥及一次白光日冕物质抛射事件。比较表明,在研究日冕物质抛射事件与爆发日珥的关系时,爆发日珥的形状可能是一个重要的因素,它体现了局部区域磁场结构的变化。作者提出了一种可能的磁场结构模型,对观测结果给以解释。     

太阳耀斑大气动力学的观测和模拟

<正>太阳耀斑是发生在太阳大气中的一种剧烈的活动现象,发生的时标约为几分钟到几十分钟.耀斑过程涉及能量释放、等离子体加热、粒子加速、物质运动、波动等现象.耀斑爆发能够释放出大量的能量,所发出的辐射基本覆盖了电磁波的所有波段.耀斑发生通常还会伴随日冕物质抛射(CME),从而对空间和地球环境造成影响.目前我们对耀斑过程的理解还很不足(定量方面),其中的一些关键问题仍待解决,包括:耀斑能量     

太阳射电爆发的起因：耀斑或／和日冕物质抛射

本文分析了近二十年来的地面和空间太阳有关观测资料,得出太阳射电爆发的起因为耀斑和／ 或日冕物质抛射（ＣＭＥ） 而不仅仅是耀斑,这将有利于更深刻地了解太阳射电爆发和共生高能现象的物理过程     

一个复杂大爆发的分析

本文分析了2002.7.23国家天文台云南天文台射电频谱仪在625～1500 MHz、2600～3800 MHz和5200～7600 MHz记录到的复杂型大爆发,将此爆发与Hα耀斑、日冕物质抛射(CME)、硬X射线爆发及地球物理参数作了相关分析,得到这个事件的一些显著特征,认为这一事件电子的加速区在日冕的外层,接近625 MHz的地方,并且多次发生磁重联.磁重联以后的衰变相是湍流加速过程.     

微波Ⅲ型爆发与日冕物质抛射的统计分析

对国家天文台2.6～3.8GHz频谱仪在第23太阳活动周上升段(1996～1998)记录到的Ⅲ型爆发,与日冕物质抛射(CME)作了统计分析。发现微波Ⅲ型爆发可能是CME的先兆现象,并讨论了它们的辐射机制。     

对地CME研究进展与太阳雷达的潜力

日冕物质抛射(CME)是由太阳磁场驱动向行星际空间喷射等离子体物质和磁场的大尺度太阳爆发活动,是灾害性空间天气事件最主要的驱动源之一。朝着地球方向爆发的CME极易到达地球并造成灾害性空间天气,因此研究这类CME对于空间天气预报与太阳物理研究具有极为重要的意义。随着观测技术的发展,CME的观测及预报和研究工作取得了长足的进展。但由于常规观测手段与预报方法的局限,对朝着地球爆发的CME进行准确有效预报的目标至今仍未能实现。首先阐述CME与空间天气的关系,强调对CME预报研究的重要性;然后介绍预报研究中CME/ICME复杂的动力学过程,讨论这些过程对CME预报可能产生的影响;接着,回顾CME的常规观测手段,并讨论观测手段存在的不足;第4章,介绍CME主要的预报方法,同时讨论预报工作中存在的困难;第5章,讨论太阳雷达主动探测技术在日冕探测与CME预报研究中的可能应用前景;最后,总结CME预报研究现状,对预报研究工作中重要的问题进行综述,展望太阳雷达的未来应用。     

日冕物质抛射及其驱动激波的多波段和多视角研究

<正>日冕物质抛射(Coronal Mass Ejection, CME)是太阳大气中剧烈的爆发现象之一.其爆发通常能释放大量的能量并抛射大量磁化等离子体. CME所驱动的激波能进一步导致太阳高能粒子事件(Solar Energetic Particle,SEP)的发生,并可能影响航天器和宇航员的安全.因此,研究CME及其驱动激波的形成机制和性质有利于我们更加清晰地了解及监测它们的运动过程,     

奇台低频射电阵列在18～50 MHz首次探测到Ⅱ型射电暴

Ⅱ型射电暴是日冕物质抛射(Coronal Mass Ejections, CME)的最佳示踪器,当日冕物质抛射的速度超过本地阿尔芬速度时,会产生日冕激波或行星际激波,并对地球的磁层产生十分剧烈的影响,在射电波段观测到Ⅱ型射电暴也就意味着观测到了日冕激波,预测激波到达地球的时间,是空间天气预报的重要内容之一。2021年9月28日06:20 UT左右,奇台低频射电阵列(Qitai Low-Frequency Radio Array, Qitai LFRA)首次探测到一次Ⅱ型射电暴爆发事件,频率覆盖范围为18～50 MHz,持续时间10多分钟。由于在极低频(<40 MHz)频段还没有进行过具有有效空间分辨率的观测,未来在这个频段发现未知现象的可能性极大。观测结果表明,奇台低频射电阵列性能良好(增益典型值6 dBi)、灵敏度高(-78 dBm/125 kHz,动态范围72 dB),可以在25周太阳活动峰年发挥独特作用。     

微波Ⅲ型爆发与日冕物质抛射的统计分析

对国家天文台2．6～3．8GHz频谱仪在第23太阳活动周上升段(1996～1998)记录到的Ⅲ型爆发，与日冕物质抛射(CME)作了统计分析。发现微波Ⅲ型爆发可能是CME的先兆现象，并讨论了它们的辐射机制。     

太阳低层大气内小尺度活动——埃勒曼炸弹和微耀斑的物理特性和理论解释

随着观测的时间分辨率和空间分辨率的提高,近年来已发现和仔细研究了很多小尺度的太阳活动现象.它们的物理过程同复杂激烈的爆发现象有许多共同之处,因而可以为研究有复杂结构的激烈爆发现象(如耀斑和日冕物质抛射等)提供重要线索;同时,它们对太阳大气的加热可能有重要贡献,因而对理解太阳大气的加热机制有重要意义.太阳小尺度活动现象可...     

漫谈粒子和宇宙（七）：太阳等离子体漫谈

等离子体天体物理学是研究宇宙间最广泛存在的物质状态规律的科学。太阳最外层大气日冕的温度约达到一二百万度,高温下的太阳物质呈现高温等离子体状态;地球电离层是处于温度相对较低的等离子体状态。人造地球卫星以及太阳系深空探测表明,行星际空间并非真空,而是存在着来自日冕的连续微粒辐射——太阳风,它是因日冕膨胀而形成的连续向外发出的、伸向遥远的太阳系空间的等离子体流。等离子体物理过程在许多日地物理现象中,诸如太阳耀斑、黑子、日冕物质抛射、日珥、太阳风等研究中起重要作用,探索日地空间物理过程的规律是认识与之有关的空间现象的关键。     

太阳风暴袭击地球

10月28日太阳发生了一次强烈的耀斑爆发,耀班形成区域的面积超过地球面积的3倍,由此形成的地磁暴强度约为G-4级。与此同时,日冕物质从一个巨大的太阳黑子处抛射出来,产生的带电粒子流以大约750万千     

太阳望远镜的历史与今天（上）

2010年,太阳经历了几年活动极小年的沉寂后,日面开始逐个出现黑子。并伴随有耀斑爆发及日冕物质抛射现象,这标志着太阳进入了新的24周活动年。在未来的活动峰年里,太阳会有频繁剧烈的爆发活动吗？这些活动将对空间环境和地球造成怎样的影响呢？世界各地的科学家们正在用地面及空间太阳望远镜从不同角度、不同波段密切监视着太阳……