太阳表面小尺度磁场的结构和演化

太阳表面小尺度磁场,是指太阳活动区之外的小尺度磁结构。它们目前被区分为网络磁场、网络内磁场和瞬现活动区(或瞬现区)三类。小尺度磁场遍及太阳表面,在太阳活动的任何位相都组成太阳表面磁通量的主要部分,其生消变化可能对上层大气的加热有重要影响。 瞬现区的浮现是小尺度磁通量产生的重要方式。瞬现区组成了太阳活动区在小尺民一端的谱的延伸。网络内磁场的产生和演化的研究,仍处于刚刚开始的阶段,是一个十分活跃的研究领域。初步研究表明,网络内包含的总磁通量比瞬现区的总和多两个量级。最近被广泛证认和研究的磁场对消现象,可能首次提供了磁力线重联的观测证据,被证明是磁通量从太阳表面消失的主要观测模式。对消磁结构与日冕X-射线亮点相关的间接证据已为Harvey给出。由于浮现、对消、分裂和聚合等各种动力学过程的存在,网络磁场不再被认为仅仅是衰减活动区的残余。     

冕洞内矢量磁场的分布和演化

冕洞是太阳日冕中低温低密度的区域,是高速太阳风的源区.目前,冕洞的很多性质还远未被人们所理解.磁场研究是理解太阳上各种现象的重要手段.因此,我们力图通过研究冕洞内的磁场特别是矢量磁场的分布和演化,回答冕洞研究中存在的问题.综合利用SOHO、Hinode、STEREO、SDO等卫星数据,我们第1次对冕洞内矢量磁场的演化、冕洞磁场的非势性等方面进行了较详细的研究,取得了一系列的研究成果.(1)冕洞不同层次太阳大气对冕洞小尺度磁场结构分布和演化的响应.我们研究了冕洞内及冕洞边界上磁场的分布和演     

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...     

卫星黑子衰减触发的喷流事件

详细分析了一次太阳低层大气磁场重联触发的喷流事件.这次喷流发生在2014年8月1日,爆发自美国国家海洋和大气管理局(National Oceanic and Atmospheric Administration, NOAA)活动区12127边缘的一个卫星黑子处.该喷流爆发包括日浪、紫外喷流、极紫外高温和低温喷流.大熊湖太阳天文台(Big Bear Solar Observatory,BBSO)的Goode Solar Telescope (GST)高分辨率氧化钛(TiO)谱线的光球观测显示,喷流爆发过程中,卫星黑子一直衰减.到喷流结束,卫星黑子面积共减少了80%.在此过程中,太阳动力学天文台(Solar Dynamics Observatory, SDO)日球磁场成像仪(Helioseismic and Magnetic Imager, HMI)的视向磁场观测表明,该卫星黑子对应的负极磁场与相邻的正极磁场发生明显对消,产生喷流足部亮点.根据SDO卫星太阳大气成像仪(Atmospheric Imaging Assembly, AIA)的多波段观测,该足部亮点首先出现在紫外1600?波段.待紫外(1600?)喷流从紫外足部亮点顶部向上喷发,在极紫外波段也观测到相应的亮源.随着足点源亮度突然增强,有明显的极紫外低温喷流和日浪从足部亮点侧面喷发.从GST的高分辨率Hα图像上,可见日浪由许多精细纤维组成,这些纤维扎根在足点源的东南侧.根据从光球层过色球层再到日冕层的多波段高分辨率观测,色球中下层的磁场对消触发了这次喷流事件.向上喷发的物质流可以携带能量进入上层大气,并加热上层大气.研究结果表明,低层大气磁重联可能对解决日冕加热问题起重要作用.     

太阳宁静区磁元的空间结构

利用怀柔太阳磁场望远镜,我们对太阳宁静区光球和色球磁场进行了观测。日面中心到边缘的观测表明,太阳宁静区中的小尺度磁结构在从光球到色球的扩展过程中变化不大。日面边缘的观测表明,小尺度磁结构的水平分量在光球和色球都不大。对极区和赤道边缘纵向磁场的比较发现,极区磁场与赤道边缘磁场有着不同的磁结构特性     

太阳大气中的光球亮点

首先是对太阳光球亮点近年来研究工作的总结。光球亮点是一种发生在太阳光球上宁静区域的的小尺度和短寿命增亮现象,平均直径在100～300knm之间,平均寿命约为几分钟。光球亮点的研究对于光球辐射和磁场性质的认识具有重要意义。过去的观测显示,绝大多数光球亮点的产生和演化与磁场,特别是光球上的小尺度磁场的演化密切相关,比如,两个同极性磁场的合并,或者反极性磁场的对消,或者一个同极性磁场的分裂,均可以促使光球亮点产生或消失。基于这样的观测结果,统计研究了2722个光球亮点(1600A)与光球上偶极磁元的关系,发现大约有1/3的光球亮点出现在偶极磁元中心附近。     

磁云传播的动力学演化过程研究进展

磁云因其独特的磁场结构经常是重大灾害性空间天气的驱动源. 近来从磁云的边界层结构、环向通量、大尺度结构等方面关于磁云传播的动力学演化过程的研究取得了一些进展. 在磁云边界存在一个由于磁场重联而形成的边界层结构. 在磁云传播过程中, 这种发生在边界处的磁场重联可能会把磁云的磁场剥蚀掉, 进而引起其磁通量绳结构环向通量的减少以及不对称. 在磁云内部, 经常会观测到多个子通量绳结构. 这些特性各异的子通量绳可以通过磁场重联而合并, 进而引起磁云磁结构的改变. 关于磁云大尺度磁场拓扑位形的演化机制, 除了较早提出的交换重联外, 目前的研究表明在行星际空间中, 磁云边界处的重联过程也可以将磁云闭合或半开放的磁场线打开或断开. 尽管在相关研究中已经取得了较大进展, 但关于磁云传播的动力学演化过程还有许多问题尚不清楚. 在行星际小尺度磁通量绳边界也发现了边界层结构, 那么磁云是否会因剥蚀而成为小尺度通量绳? 磁云内子通量绳结构在相互作用中会不会引起某些不稳定性而导致整个通量绳系统的崩溃? 这些问题的解决还有待于进一步的理论、观测和数值模拟研究.     

磁云传播的动力学演化过程研究进展

磁云因其独特的磁场结构经常是重大灾害性空间天气的驱动源.近来从磁云的边界层结构、环向通量、大尺度结构等方面关于磁云传播的动力学演化过程的研究取得了一些进展.在磁云边界存在一个由于磁场重联而形成的边界层结构.在磁云传播过程中,这种发生在边界处的磁场重联可能会把磁云的磁场剥蚀掉,进而引起其磁通量绳结构环向通量的减少以及不对称.在磁云内部,经常会观测到多个子通量绳结构.这些特性各异的子通量绳可以通过磁场重联而合并,进而引起磁云磁结构的改变.关于磁云大尺度磁场拓扑位形的演化机制,除了较早提出的交换重联外,目前的研究表明在行星际空间中,磁云边界处的重联过程也可以将磁云闭合或半开放的磁场线打开或断开.尽管在相关研究中已经取得了较大进展,但关于磁云传播的动力学演化过程还有许多问题尚不清楚.在行星际小尺度磁通量绳边界也发现了边界层结构,那么磁云是否会因剥蚀而成为小尺度通量绳?磁云内子通量绳结构在相互作用中会不会引起某些不稳定性而导致整个通量绳系统的崩溃?这些问题的解决还有待于进一步的理论、观测和数值模拟研究.     

太阳表面磁场的分布与演化研究进展

太阳磁场、较差自转和内部对流使得日面磁场与磁活动在很大的时间尺度和空间尺度范围均表现得相当复杂.其中最有名的是太阳活动的11年周期,或22年磁周期.在较小时间尺度上,从几秒到几小时,有时太阳大气中会发生一些壮观的爆发事件,如耀斑、日珥爆发、日冕物质抛射等.所有这些形式的事件都与太阳磁场紧密关联.简单评述了太阳磁场起源与观测方法,重点论述了不同尺度太阳磁场的空间分布与演化,介绍了从太阳磁活动现象统计得到的有关太阳磁场的几个典型特征,同时讨论了进一步研究的方向.     

太阳大气中动力学阿尔文波的产生与加热研究进展

动力学阿尔文波是垂直波长接近离子回旋半径或者电子惯性长度的色散阿尔文波.由于波的尺度接近粒子的动力学尺度,动力学阿尔文波在太阳和空间等离子体加热、加速等能化现象中起重要作用.因此,动力学阿尔文波通常被认为是日冕加热的候选者.本研究工作深入、系统地调研了太阳大气中动力学阿尔文波的激发和耗散机制.基于日冕等离子体环境,介绍了几种常见的动力学阿尔文波激发机制:温度各向异性不稳定性、场向电流不稳定性、电子束流不稳定性、密度非均匀不稳定性以及共振模式转换.还介绍了太阳大气中动力学阿尔文波的耗散机制,并讨论了这些耗散机制对黑子加热、冕环加热以及冕羽加热的影响.不仅为认识太阳大气中动力学阿尔文波的驱动机制、动力学演化特征以及波粒相互作用提供合理的理论依据,而且有助于揭示日冕等离子体中能量储存和释放、粒子加热等能化现象的微观物理机制.     

色球磁场极性反转结构的某些观测特征

利用怀柔太阳观测站的３００余对球和色球的观测磁图，分析得出色球极性反转结构是存在于太阳大气中的真实物理现象的结论，根据对活动区两个层次上的磁场精细结构的分析，发现球磁场反转结构可能有４种不的存在形式。     

太阳大气磁精细结构的射电探讨

太阳大气磁场的研究对于太阳大气物理及太阳活动研究是十分重要的。目前探测光球以外的日够以球，过渡区磁场的几乎唯一办法，是在紧密联系其他频说段取得的信息基础上使用射电观测。根据在微波，米波段有关辐射机制和传播过程，介绍了推导磁场讯息的基本射电方法。     

基于SIFT特征检测和密度峰值聚类的太阳活动区自动检测算法研究

太阳活动区是太阳大气中产生各种活动现象的区域,精确地检测和识别太阳活动区对理解太阳磁场的形成机制具有极为重要的科学意义.根据太阳活动区结构较为复杂的特点,基于尺度不变特征变换(ScaleInvariant Feature Transform, SIFT)和密度峰值聚类(Clustering by Fast Search and Find of Density Peaks,DPC)算法的优越性,提出了一种太阳活动区的自动检测和识别方法.首先,对太阳动力学天文台(Solar Dynamics Observatory, SDO)日震和磁场成像仪(Helioseismic and Magnetic Imager, HMI)的纵向磁图进行对比度增强;然后采用SIFT方法提取出全日面磁图中的特征点;最后利用DPC算法将特征点进行聚类,从而自动检测和识别出太阳活动区.研究结果表明, SIFT和DPC算法相结合的方法可以在不需要人工交互的情况下准确地自动检测出太阳活动区.     

色球磁场极性反转结构的某些观测特征

利用怀柔太阳观测站的300余对光球(FeIλ5324.19A)和色球(H_βλ4861.34A)的观测磁图,分析得出色球极性反转结构是存在于太阳大气中的真实物理现象的结论.根据对活动区两个层次上的磁场精细结构的分析,发现色球磁场反转结构可能有4种不同的存在形式.     

太阳耀斑光谱诊断和辐射动力学过程研究

太阳耀斑是太阳大气中最为剧烈的活动现象之一,涉及到很多复杂的物理过程,包括快速的能量释放、等离子体的不稳定性、高能粒子的加速和传播、耀斑大气辐射和动力学变化、物质的运动和抛射现象等.     

黑子半影内偶极运动磁特征的Hinode观测研究

利用Hinode卫星观测的单色像和磁图,对出现在黑子半影内的35对偶极运动磁特征进行形态特征、运动速度以及低层太阳大气响应3方面的研究,得出以下结论:(1)偶极运动磁特征正负两极成对出现在黑子半影较垂直的磁场之间并向着半影外边界运动,间接验证了偶极运动磁特征起源于黑子半影水平磁场,在2-8小时的时间间隔内,同一位置上会反复出现形态特征和运动速度相似的偶极运动磁特征,为海蛇状磁力线模型提供了证据支持. (2)光球和色球在偶极运动磁特征向外运动过程中会出现增亮,说明偶极运动磁特征会加热中低层太阳大气.(3)偶极运动磁特征的出现位置和半影磁场结构分布符合非梳子状黑子半影结构特征.     

耀斑与磁环拓扑界面

北京天文台怀柔太阳观测站和美国大熊湖太阳天文台的矢量磁图系列，已经允许从观测上证认活动区内的磁环系统，及磁环之间的拓扑界面。本文作者基于１９９３年４月６日至１２日，对ＮＯＡＡ７４６９连续的矢量磁场观测，首次对一个活动区内的磁环系统和磁环之间的拓扑界面作了观测证认，这些拓扑界面的特征是：１）矢量磁场在界面附近高度剪切；２）在界面两边，有很强的纵场梯度（约０．１高斯／公里）；３）在观面两边磁对消，对消     

晕状日冕物质抛射

主要介绍晕状日冕物质抛射（halo CMEs)的产生机制，包括向量磁场演化是怎样触发halo CMEa的：halo CME与耀斑，暗条活动的相互关系怎样，是否有规律可循，暗条爆发，耀斑等活动现象是如何相互联系的，halo CME事件是由一个活动区域或一个活动事件驱动物，还是多个活动区或多个活动事件相互作用的结果，给出两个halo CME的日面起源的观测例证，提出相反极笥的磁场对消是CME日面源区磁场演化的主要特征。     

太阳大气等离子体的电流研究

该文讨论了太阳大气等离子体中电流的成因和对各种爆发活动的作用和影响,对目前的研究现状和存在的问题进行了分析讨论,指出虽然磁场是太阳物理观测和研究的关键要素,但是电流也是理解能量的传输与耗散、不稳定性的驱动和激发、等离子体的加热和粒子加速等太阳物理过程的重要概念.该文还提出了一个定性的改进电路模型,认为电流主要产生于太阳内部的发电机过程,同时电路在日冕部分的环形磁场位型也将产生部分新经典电流,通过磁通量管流入太阳大气,并在日冕区域通过磁场重联等过程释放能量.对该模型尚待解决的问题也进行了简单讨论.     

太阳宁静区小尺度磁场的二维功率谱(英文)

以1988年9月5日北京天文台怀柔太阳观测站高分辨率和高灵敏度磁强图为基础,首次给出了对一太阳宁静区小尺度磁场空间分布的二维功率谱。 尽管从总体上,功率谱的分布呈现从低频分量向高频分量迅速衰减的趋势,但是,反映小尺度磁场分布的不同尺度空间周期性的分离的尖峰,是功率谱的最主要特征。 本文的主要结果可概括为下列两点: (1)太阳宁静区的磁通量不仅凝聚在分离的、具有相对较强磁通量密度的磁结构内,而且磁结构的空间分布也呈现分离的尺度不同的周期。 (2)小尺度磁场空间分布的最显著的周期,具有超米粒的空间尺度。这与以往磁对流理论与有关观测结果相一致。在功率谱中,还可以证认相应于亚超米粒,及亚超米粒和超米粒之间尺度的空间周期的大量尖峰。这是本文首次得到的。 包含更多观测资料的进一步工作是必须的,特别是获得对同一宁静区的速度场和磁场同时性的二维功率谱,对研究磁场和对流速度场的相互作用是有重要意义的。观测的功率谱与理论预测谱的比较,将有助于理解太阳光球分离磁结构形成的物理过程。