太阳活动区磁场变化及其相关爆发的研究

<正>太阳黑子活动和太阳爆发的研究一直是太阳物理的重点和难点.太阳黑子的形成及其磁场的演化和太阳爆发的关系存在很多秘密.太阳活动区中的磁流浮现、磁流对消和黑子运动都会对太阳高层大气产生很大的影响,导致耀斑、日冕物质抛射、日珥(暗条)、日浪等爆发,特别是对地的大的太阳爆发会给日地空间环境带来很大的影响.国际上,对太阳的观测已经从原来的单一波段的地面观测研究发展到地面和空间相结合的多波段的     

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.     

尖峰爆发标度律及其对新一代太阳射电望远镜参数的约束

射电观测是太阳物理和日地空间科学的重要探测手段,尤其是对于太阳爆发过程中的太阳非热粒子加速、发射和传播等过程.迄今,世界各地研制建成了上百台太阳射电望远镜,包括射电流量计、射电动态频谱仪和射电日像仪等.基于技术进步和新的科学设想,人们还在不断提出新的太阳射电望远镜计划.研制新的太阳射电望远镜时,需要考虑观测频率、带宽、时间分辨率、频率分辨率、空间分辨率、偏振精度等设计参数.事实上,过度追求高参数往往会无法实现期望的科学目标.如何合理地选择太阳射电望远镜的参数呢?长期的观测研究发现太阳射电爆发常常可分成一系列从长到短不同时标的爆发过程,其中,尖峰爆发是最小时间尺度的爆发现象,同时也是太阳上目前发现的最小空间尺度上的爆发过程,可看成一种元爆发过程,可能对应于单一的磁场重联和磁能释放.根据太阳射电天文学研究,识别尖峰爆发是对新一代太阳射电望远镜的基本要求.尖峰爆发的时间尺度和空间尺度又是随频率而变化的.从分析不同频段太阳射电尖峰爆发的时间和带宽的标度律来说明如何为新一代望远镜的设计选择合理的参数指标,并提出谱-像结合观测模式,最大程度地保证望远镜科学目标的实现.这种观测模式或将成为未来太阳射电观测的主要方式,对揭示太阳爆发现象中的非热过程的物理本质具有非常重要的意义.     

太阳射电研究四十年

本文概述了太阳射电天文学的历史,从早期的失败到1942年Hey对太阳射电波的偶然发现为止.文中讨论了太阳射电研究在米波-十米波、千米-百米波和厘米波所取得的主要进展。同时讨论了与射电爆发共生的耀斑的观测以及用等离子体辐射和回旋同步加速辐射对这些观测所作的解释。从空间对与Ⅲ型爆发有关的等离子振荡和一维电子速度分布的测量,业已证实了用等离子体辐射对观测所作的解释。Ⅲ型爆发的米波-十米波射电日像仪测量和千米-百米波的飞船测量表明,Ⅲ型电子束流是沿着浓密的日冕流和沿着阿基米德螺旋轨道运动的。在厘米波段利用角秒分辨率的大天线阵对活动区和射电爆发所作的高空间分辨率观测,表明了它在观测日冕磁场、了解冕环的物理性质、测量耀斑附近磁场结构,从而在研究太阳耀斑起源方面有着巨大的威力.     

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。     

1981年4月1日大耀斑的X射线、可见光和射电辐射的观测研究

据X射线、可见光(H_α及白光)和射电波段的观测资料,对1981年4月1日太阳大爆发(4N/X2.3)作了综合描述。分析指出:大黑子光桥的消减(作为磁通量变化或磁流浮现的一种形式)、黑子的隐现及小黑子的运动可能是促成这次爆发的直接原因;耀斑前暗条弯曲程度的增加显示了磁场挤压或剪切程度的增强;爆发的软、硬X射线源和微波源位于磁拱形结构的顶部;能量≥20keV的非热电子在第一个爆发峰中提供的能量约为4.3×10~(31)erg。     

1972年8月太阳活动区的形态研究 II.耀斑形态和黑子形态的相关分析

通过对1972年8月太阳大活动区九个耀斑(包括它全部2级以上大耀斑)的形态和黑子精细结构形态的相关分析,导致以下结论:1.8月2日0355UT本活动区第一次大耀斑的爆发与光球黑子形态变化在时间上和空间位置上有一定的相关性。2.九个耀斑在暗条两侧的初始亮点及其主要发展形态与“O”和“B”黑子的旋涡结构有着密切的相关性。3.耀斑的亮带与色球暗条(它由平行的小纤维组成)、O黑子东面的蛇形半影长纤维、以及H_(11)=O线的走向的一致性,可以看作耀斑爆发沿着太阳表面水平磁场传播的形态表现。     

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.     

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。     

对一个太阳风暴及其行星际和地磁效应的研究

对一个爆发于2014年1月7日的太阳风暴进行了研究,通过对太阳活动的多波段遥感观测—来自于太阳动力学天文台(Solar Dynamics Observatory,SDO)以及太阳和日球天文台(Solar and Heliospheric Observatory,SOHO),分析了耀斑和日冕物质抛射(coronal mass ejection,CME)的爆发过程.通过地球同步轨道环境业务卫星(Geostationary Operational Environmental Satellites,GOES)对高能质子以及日地L1点的元素高级成分探测器(Advanced Composition Explorer,ACE)对当地等离子体环境的就位观测,分析了伴随太阳风暴的太阳高能粒子(solar energetic particle,SEP)事件和行星际CME(ICME)及其驱动的激波.通过地面磁场数据分析了该太阳风暴对地磁场的影响.研究结果表明:(1)耀斑脉冲相的开始时刻和CME在日面上的抛射在时序上一致.(2)高能质子主要源于CME驱动的激波加速,并非源于耀斑磁重联过程.质子的释放发生在CME传播到7.7个太阳半径的高度的时刻.(3)穿过近地空间的行星际激波鞘层的厚度和ICME本身的厚度分别为0.22 au和0.26 au.(4)行星际激波和ICME引起了多次地磁亚暴和极光,但没有产生明显的地磁暴.原因在于ICME没有包含一个规则的磁云结构或明显的南向磁场分量.