多条太阳光球FeI线在磁场中形成及形成深度的综合分析(Ⅰ)

针对多通道滤光器太阳磁场望远镜的磁场观测定标及掌握(所采用的)谱线特征之需要,取VAL宁静太阳大气模型计算了7条Fel光球线的Stokes轮廓、形成深度、贡献函数分布,从而较为系统地对多条反常及正常Zeeman线的特征及性质作出了分析与总结,解释了在磁光效应影响下Stokes Q,U参量的形成深度曲线在近线心区域处出现陡峭峰值的原因。     

FeIλ5324.19在太阳磁场中的形成和太阳磁场望远镜的理论定标

本文用Unno-Beckers方程和变步长Runge-Kutta法,计算了太阳光球、黑子半影和本影中FeI λ5324,19谱线在磁场中的形成,并结合半宽0.15专用双折射滤光器,计算了磁场及视向速度场的各种理论定标参数。纵场和速度场定标参数,具有良好的线性和稳定性、适中的灵敏度,很适合研究太阳活动区。横场观测时,滤光器宜置于距线心0.10—0.11处。考虑磁光效应时,横场定标比较复杂。该线温敏效应不严重。     

黑子磁场的Stokes光谱反演技术

对太阳大气磁场的可靠测量有助于人们更好地理解太阳活动区内外的许多活动现象,如耀斑的触发和能量释放过程、黑子的形态和黑子大气的平衡、日珥的形成等.由于原子在磁场中的一些能级会产生分裂(Zeeman效应),使对应这些能级的谱线分裂成若干个具有不同偏振特性的分量,因此目前对黑子磁场的测量主要是通过偏振光,即Stokes参量I、Q、U、V的观测来实现的.该文主要介绍近30年来太阳黑子光谱反演的方法以及所取得的成就;同时也对光谱反演和滤光器型的望远镜矢量磁场的测量进行了简单的比较.     

太阳磁场的红外研究

在简短的引言之后,本文首先叙述在红外波段观测太阳磁场的优越性,然后依次描述用He I10830A、FeI 1.5μ和Mg112μ等红外磁敏线的观测、资料及分析方法。这些谱线分别在色球层、光球最深层和光球上层形成,因此用它们可以探测太阳大气中很大范围的磁场。接着以磁元和黑子磁场为例,介绍现有的主要研究成果。结束语对我国的红外太阳磁场研究提出一些建议。     

太阳黑子磁场方位角随深度的变化

为了建立三维的太阳黑子磁场模型，必须确定横向磁场的方位角（x)及其随深度的可能变化。本文提出一种探测x随深度变化的方法，即对黑子的一定点依次用磁敏谱线的不同部分测量代表线偏振的两个斯托克斯参数Q和U，然后按由牧田提出并经我们改进的方法，给出磁场方位角图。如果x随深度呈现出扭曲结构，则方位角图上的曲线含有圆圈形，否则可是类似抛物线的较为简单的曲线。在测量仪器的灵敏度足够的情况下，本方法对黑子外面的日面弱磁场区域也可以使用。     

2003年10月22日太阳活动区AR0484内日浪事件的研究

利用色球Hα、TRACE／WL、SOHO／EITEuV单色像观测资料及SOHO／MDI光球磁场观测资料，对2003年10月22日太阳活动区AR0484内发生的日浪事件进行了研究．发现：(1)在Ha线心观测上，日浪包含有亮、暗2个分量，这2个分量先后出现而且并不共空间．日浪的亮分量与UV和EUV波段上观测到的喷发具有较好的同时性和共空间性．(2)日浪喷发物质沿着EUV环运动。(3)在光球层，日浪足根处的黑子和磁场有明显的变化．这些观测结果支持日浪的磁重联模型。     

太阳Stokes光谱望远镜的结构及其数据处理方法

云南天文台的太阳Stokes光谱望远镜是一台通过测量磁敏谱线的Stokes参数I,Q,U和V的轮廓来研究太阳磁场精细结构的光谱型矢量磁场测量仪。它利用4个完整的Stokes轮廓所蕴含的丰富信息,完全确定辐射的偏振状态,从而精确地测定太阳黑子区的矢量磁场。文章首先介绍了该望远镜的结构,进而详细地介绍了该望远镜所测量的偏振光谱资料的处理方法。     

可调Lyot双折射滤光器的积分透过率守恒及调试方法

本文用计算方法,找出了可调Lyot双拆射滤光器的积分透过率是守恒的:由最原始级确定的滤光器周期中,不管各级的调节波长装置如何移动,即不管各级的透过带位置如何放置,其滤光器的积分透过率守恒,恒等于主带(最厚级透过带宽)的半宽.据此特征以及太阳方和斐线线心光度极小的特征,本文提出一种方法,只需用光电倍增管和普通微安表,直接利用装有双拆射滤光器的太阳望远镜,就能方便地调到所用谱线中心. 对几个选定的波带位置,从理论上计算和实际上观测滤光器的总透光量,并进行比较,推算了太阳磁场用窄带双折射滤光器的总附加散射光量,这种散射光是由光学元件不完善等所引起的。无论太阳磁场测量或太阳单色光度测量都迫切需要了解这种附加总散射光量.     

无力场模型黑子上空的纵向磁场梯度

本文按常α无力场模型计算了1980年10月23日Boulder 2744活动区前导黑子的纵向磁场随高度的变化,并与用CIV 1548谱线观测得到的色球一日冕过渡区的磁场资料相结合,求得CIV 1548发射区的有效高度。这些结果与文献[4]中对同一黑子用势场模型推求的结果有很大差别。从而表明,势场和无力场在某些方面导致的结果是极不相同的。鉴于观测已表明活动区上空存在电流的事实,在活动区磁场的模拟中,特别是在强扭曲活动区磁场的计算中,应当避免采用势场,而尽可能采用无力场模型。     

太阳黑子半影的形成和返回磁通量的来源

本文从无半影的黑子成长为带半影的黑子伴随着磁场强度增强和延伸运动这个观测事实出发，通过MHD数值模拟，证明了：（1）对流层内黑子中涡旋流动的自然形成；（2）仅在黑子表面附近磁矢才急速向外移动，最终形成我们观测到的半影磁场位形；（3）光球之上由于β迅速减少，这么小的延伸速度（0.2公里／秒）仅在β～1的光球区200公里厚的层里使磁矢有效地旋转，在约几小时至一天量级时间内将近似垂直的本影磁场向水平方向旋转，形成Osherovich所期的ReturnFlux磁位形，将注入日冕空间的本影主磁流同在色球和光球内就返回的半影磁流自然地划分开来．     

1981年4月1日日面4N耀斑环系的光学前兆与活动特征

根据云南天文台太阳色球H_α和相应的光球黑子观测以及磁场测量,并结合有关X—ray资料等,对1981年4月1日日面4N大耀斑进行了部份测量和分析。结果表明,该耀斑为环系;光球浮现磁流和黑子扭曲、挤压和剪切运动是触发该耀斑的直接原因。而活动的黑子光桥又是浮现磁流的一种重要标志;耀斑环或带与磁场位形密切相关;耀斑后在运动空间原位置处光球又浮现出部份磁流;卵形暗条内预示能爆发大耀斑。     

太阳磁敏谱线的研究

本文综合介绍作者及其合作者们对太阳磁敏谱线的一系列研究结果。主要内容是在对磁敏谱线的Stokes参数转移方程组所得数值解的基础上,从下述诸方面研究太阳光谱磁敏线:(1)Stokes参数轮廓,(2)温度敏感度,(3)磁场增强量,(4)形成深度,(5)塞曼支线与Seares公式,(6)单色像,(7)不对称性与黑子磁场梯度,(8)与Alfven波的关系,(9)磁光效应,(10)由磁敏谱线的Stokes参数轮廓推求向量磁场信息的方法。最后,在“结束语”中对磁敏谱线研究的现状和今后趋势,提出一些概括性的意见。     

原子模型对散射偏振理论轮廓的影响

太阳磁场的诊断是太阳物理研究中非常重要的一部分.斯托克斯参量I、Q、U和V可以用来完整描述偏振光的信息,对观测得到的斯托克斯光谱进行反演可以诊断太阳磁场的信息.近几十年来,塞曼效应成为磁场诊断的主要手段,利用塞曼效应使谱线产生的分裂可以诊断强度达到几百高斯的强磁场,但是在太阳宁静区中存在大量强度小于100 Gs的弱磁场,对于弱磁场可以利用汉勒效应来诊断,应用汉勒效应诊断弱磁场一直是磁场诊断的主要内容之一,需要对偏振的产生机制有更完整的理解.文章的主要内容是研究在采用不同原子模型的假设下,由散射产生的谱线轮廓的区别,以及在存在磁场时,不同原子模型谱线的汉勒效应的区别.以中性镁为研究对象,选取了7能级、4能级和2能级原子模型,分别研究了这几个原子模型对散射偏振和汉勒效应的影响.发现2能级原子模型和多能级(7能级和4能级)原子模型产生的谱线的偏振度有很大的区别,并且在2能级原子模型假设下b_4线不存在下能级的汉勒效应,但是在多能级的原子模型下b_4线仍存在下能级的汉勒效应.对比7能级原子模型和4能级原子模型,谱线的偏振度只有很小的变化,汉勒效应的表现也基本相同.主要结论如下:在利用中性镁b 3线的线偏振轮廓Q/I反演磁场时,至少需要采用4个能级的原子模型.这主要依赖于谱线形成区域的原子的能级分布,原子能级占有数多的能级在研究中是必须考虑的.     

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     

黑子活动区流场精细结构

本文通过太阳活动区光球和色球速度场和磁场观测资料,讨论了黑子活动区附近流场的精细结构,论述了太阳大气中物质的流动呈纤维结构,以及速度场纤维与磁场,色球纤维和网络结构之间的关系。     

恒星黑子对恒星视星等颜色和视锂丰度的影响

发展了一种简单的双温模型用于研究黑子对活动星的视星等、颜色和视Li丰度的影响.在适当的黑子覆盖因子下,恒星黑子能产生可观的活动星的视星等(V星等约±0.2星等)、颜色(B-V颜色约-0.1星等)和Li I λ6708 (?)谱线等值宽度(约-0.2-0.3 dex)的变化.与非活动的正常恒星相比,表面被黑子覆盖的活动星有更蓝的B-V颜色,它们的Li I λ6708 (?)谱线的等值宽度也变窄.根据观测到的活动星黑子引起的光变变幅,估计视圆面黑子覆盖率的变化范围△Fs从百分之几到约0.2.视圆面黑子覆盖率不太可能超过0.3.     

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.     

太阳活动区的磁场观测

我们利用北京天文台太阳磁场望远镜在1983年投入试观测期间取得的资料,对该年6月份的一群黑子的磁场以及耀斑作了综合分析,得到一些结论。以光球纵场为边界条件,计算了常α无力场。根据挤压无力场耀斑模式,我们认为耀斑爆发的能量,来自异极性黑子的相互靠近。磁中性线的扭曲程度,反映了无力场的状态。     

关于耀斑起因问题

根据半年多用高时间分辨率和高空间分辨率的光球观测监视太阳活动区的结果,我们以三组和耀斑有关的光球变化照片来表明耀斑过程中有能量从光球下层快速出来,表现形式为从黑子本影“抛出”磁场和黑子群内白光辐射增强,它们足以供给10~(31)—10~(32)尔格大耀斑的能量。耀斑前后及耀斑过程活动区光球变化在空间、时间和现象本身的多样性是造成复杂的耀斑现象的根本原因。从光球下层快速出来的能流在水平方向有明显的动力学效应,它使在其通道上的小黑子变形、瓦解、甚至在几分钟至几小时内消失。     

太阳黑子磁场的深度梯度

本文主要研究由塞曼支线的轮廓不对称性或线翼旋转测定磁场梯度的方法。我们利用斯托克斯参数转移方程的数值解,对磁敏线FeIλ6302.499计算“o”或“e”轮廓的不对称量及线翼旋转量与磁场梯度的关系,用自己的黑子光谱观测资料进行验证,并探讨这一方法的适用范围。此外,本文还讨论磁场梯度的存在对磁象仪观测资料的可能影响。