太阳活动区常α无力场数值计算及其在耀斑预报中的可能应用

本文综述作者及其合作者近年来在太阳活动区无力场数值计算及其应用方面的研究概况。文中简要评价了现有几种太阳活动区常α无力场数值计算表达式,并且叙述了把常α无力场数值计算应用于耀斑研究的结果。得到的主要结论为:(1)现有几种活动区常α无力场数值计算表达式中,Chiu的公式比较好;(2)用Chiu公式外推得到的活动区磁场结构,能够较好地解释观测到的许多现象,表明常α无力场近似仍不失为一种可以接受的活动区磁场模型;(3)活动区无力场的某些参数,如无力因子α和自由磁场能ΔE(定义为无力场能与势场能之差),与耀斑发生率密切相关,可以作为耀斑预报的判据。     

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。     

无力场因子α的确定和质子耀斑预报

本文对1967—1972年期间的资料较完整的18个质子耀斑活动区,作α因子统计。根据大耀斑区中性线扭曲成“S”形的程度来确定无力场因子α。发现1级以上质子耀斑区,耀斑当天α≥0.34,2级以上,α≥0.50,且耀斑发生前1—2天内α因子均有所增长。因此建议用该α因子预报质子耀斑事件。文中还提出挤压无力场大耀斑模式的设想,以更好地解释一些观测事实。     

太阳双极黑子的无力磁场理论和耀斑能量

本文根据已得到的无作用力磁场的通解,求出了双极黑子磁场的表达式,并求出双极黑子的扭转场磁能M,势场磁能M_p,可释放的自由磁能△M,磁通量Φ,总电流Ι,无力因子α和磁场衰减因子k等重要参量。这些量可表为场强B、半影纤维的扭转角δ和两黑子中心距离l的函数,后3个量可测出。△M的公式可供太阳预报工作参考使用。将上述公式应用于1978年7月太阳活动区,算出各参量,其中△M的量级为10~(32)尔格,足够供该活动区耀斑等活动现象的能量。     

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。     

22周强质子耀斑活动区的特征

本文研究了22周中的9个强质子耀斑活动区的共同特征,研究结果表明:单个团状结构黑子,即众多异极性黑子本影核紧锁在同一半影结构中的δ型黑子是强质子耀斑活动区的典型形态特征。黑子群的旋转是质子耀斑活动区的又一重要特征,黑子群的旋转方向与日面南、北半球无关。强质子耀斑的爆发总是在黑子群旋转角度达到正或负相极大之后出现。质子耀斑后,磁绳的松弛,黑子群可能会出现反向旋转,强的剪切过程和质子耀斑可能会再度出现。     

太阳单极黑子的无力磁场理论和耀斑能量

太阳活动区中无作用力磁场偏离势场而积累了能量,对势场的偏离表现为磁场的切变。只要磁场松开扭转,就会释放能量而产生耀斑。本文根据这一基本思想,在无力因子α=常数的假定下,求出了无力磁场方程的分析解,并求出了扭转场磁能M_势场磁能M_p,可释放的自由磁能△M,磁通量Φ,总电流I,α和磁场衰减因子k等7个重要参量。这些量可表为场强B、扭转角和半影半径b的函数,后3个量可以测出,△M的公式可供太阳预报工作参考使用。将上述公式应用于1972年10月太阳活动区,算出各参量,其中△M的量级为10~(32)尔格,足够供给该活动区耀斑等活动现象的能量。与用Alfvén和Carlqvist的一维理论算出的结果比较,本文结果与观测结果更为符合。     

1988年3月黑子磁场的演化(英文)

024黑子(S.G.D编号为4964)是1988年3月份太阳上最大、磁场最强的黑子群。在日面上出现的半个月里,始终有耀斑产生。北京天文台怀柔太阳磁场望远镜对这个活动区作了常规观测,并获得了磁场和速度场资料。 024活动区是由一个偶极黑子和δ黑子组成的。12日01~h49~mUT,黑子刚从东部出现时就有耀斑和活动日珥产生。从速度场与H_β色球单色像对比来看,耀斑内有物质向里流动,而暗条中有物质向外抛射。024活动区的磁场十分复杂,S极、N极磁场互相包含、渗入、剪切,形成许多海湾结构。可能这就是产生了许多各种形状的耀斑的缘故。本文对磁场的形态作了描述。     

强质子耀斑活动区的形态和旋转特征

本文研究结果表明：同一黑子群在日面期间的顺或反时针方向的旋转运动会先后并存．质子耀斑前1～2无，黑子群的旋转角速度达到极大．耀斑后，磁绳的松弛，黑子群可能会反向旋转，强的剪切过程和质子耀斑可能会再度出现．强质子耀斑活动区的共同特征是：（1）形态为单个团状结构δ型黑子，即众多异极性本影核紧锁在同一黑子半影中；（2）黑子面积＞1000×10－6半球面积，日面跨度＞10°；（3）黑子群都有快速的旋转运动．这类活动区，如果在日面西部活动性明显地增强，那么这个活动区在未来转到日面边缘及其背后、或再次从日面东边缘转出时，定能再次爆发耀斑和伴随较强质子事件。     

质子活动与太阳黑子群

本文对太阳活动第２１周、２２周（１９７６年—１９９２年间）９７个质子活动区进行统计分析，包括活动区的面积、型别、磁结构、半影纤维等，结果表明：７５％的质子耀斑产生于面积为５００≤Ｓｐ≤３０００单位的黑子群中；耀斑爆发前一天及后一天活动区面积有显著减少；质子活动区含δ复杂磁结构的占７０％；具有半影旋涡形态的质子活动区中，约７７％的耀斑发生在旋涡黑子出现以后。     

质子活动与太阳黑子群

本文对太阳活动第２１周、２２周（１９７６年－１９９２年间）９７个质子活动区进行统计分析，包括活动区的面积、型别、磁结构、半影纤维等，结果表明：７５％的质子耀斑产生于面积为５００≤Ｓｐ≤３０００单位的黑子群中；耀斑爆发前一天及后一天活动区面积有显著减少，质子活动区含δ复杂磁结构的占７０％；具有半影旋涡形态的质子活动区中，约７７％的耀斑发生在旋涡黑子出现以后。     

大型太阳活动区磁场的一个模型

用时间缓变的非线性无力场模拟超级活动区（弧岛式大型δ黑子）的磁场位形。这个复杂磁场包含了向量磁场的主要观测特征：正负磁流极端不平衡性（正负磁流之比为１：６）,Ｕ形磁反变线,局域磁场的二极子、四极子差异性。模拟结果厅用来解释一些观测结果：（１）大耀斑主要产生在Ｕ形中性线的磁性混杂区或四极子区（２）Ｕ形反变线的准双极性区几乎没有大耀斑很小。（３）活动区内部的大型旋转运动和磁沲运动会导致四极子场磁拓扑分     

第廿周太阳质子活动的一些特点

本文讨论了第廿周1964.10—1972.12.期间太阳质子活动的一些特点,结果给出:第20周质子活动水平的趋势和黑子活动趋势比较一致,和第19周略有不同;在以约80天为间隔的时间序列上,大多数高级别质子事件集中出现在两个时段上;质子活动有集中在某些经度带的趋势,不同经度带上的黑子活动和质子耀斑伴生的射电爆发等具体特点有比较明显的差别;按磁结构将黑子群分成正常和“异常”两类,具有“异常”磁结构的黑子群产生大部分质子耀斑;复杂磁结构的活动区上米波源的出现有利于产生质子耀斑.     

无黑子区的耀斑

本文分析了廿一周峰年期间云南天文台观测到的廿个无黑子区耀斑,得到如下结果: 1.无黑子区耀斑的一般特征是:1) 无黑子区耀斑的自然产率约3％,2) 其卡林顿经度分布有向东飘移的趋势,3) 无黑子区的耀斑多为低能耀斑,4) 无黑子区耀斑产生的背景条件和黑子区耀斑一样,必须在耀斑区的太阳大气中存在异极性磁场结构。无黑子区耀斑都发生在沿大尺度磁场中性线(H_=0)延伸的暗条两侧或其附近。 2.在耀斑前,由于磁场的扰动,使被浮托在H_=0线上的宁静暗条在耀斑前几小时到一两天激活,临近耀斑位置的一段暗条先是发展增大,同时伴随着谱斑增亮,在耀斑爆发前几分钟或与耀斑发展的同时,该暗条迅速衰减乃至完全消失。与此同时,有的无黑子活动区的可见纤维与暗条的交角由大变小,表明活动区所受的力由挤压力逐渐转化为剪切力。本文还粗略地估计了无黑子区耀斑的能量。     

活动区NOAA 6891的耀斑分析

本文分析了１９９１年１０月的一个大δ型活动区的黑子演化和耀斑产生的位置及可能原因，发现该活动区８９％的耀斑产在两个磁中性线旁，两磁中性线处皆有较大的磁横场和剪切。在Ｈα中一中性线处观测到暗条由于黑子的挤压运动而变得剪切成“Ω”型；另一中性线处观测到纤维束较大的变化，有时明显能观测到磁绳结构。     

No.431活动区的形态分析和磁能变化

1980年11月2日到11日(9日除外),我们拍摄到No.431活动区(紫台编号)太阳黑子的精细结构照片。以此为基础,我们分析了该活动区的形态演变特性。同时,从精细结构照片放大图上测量出半影纤维扭转角等基本参量,由此计算出黑子的磁能和所释放的扭转自由能。比较在此期间产生的耀斑和磁能的变化,表明耀斑的爆发很可能是由扭转自由能供给的。     

2个太阳爆发事件中磁准分界面的演化

磁准分界面(Quasi-Separatrix Layer,简称QSL)是3维磁结构中磁力线连接性发生显著改变的区域,观测表明它多数时候和耀斑带所在的位置符合得较好.有关这一结构和3维磁重联及耀斑关系的研究在近年来受到越来越多的关注.从QSL的理论出发,研究了2011年12月26日在活动区AR11384发生的一个C5.7级典型双带耀斑(事件1)和2015年6月22日发生在活动区AR12371处的一个M6.5级耀斑(事件2).结合SDO/AIA(Solar Dynamics Observatory/Atmospheric Imaging Assembly)观测到的多波段数据和SDO/HMI(Helioseismic and Magnetic Imager)观测到的矢量磁场数据,首先分别利用势场和非线性无力场对日冕的3维磁场结构进行了外推,并计算了活动区磁自由能的演化;然后基于势场和非线性无力场的外推结果计算了不同高度处磁压缩因子(magnetic squashing factor)Q的对数分布,并研究了不同高度磁准分界面与相应高度处观测到的耀斑带的演化关系.最后分析了2个耀斑事件的多波段演化特征,并计算得到事件2中磁力线的平均滑动速度在304?A波段和335?A波段分别为4.6 km·s~(-1)和6.3 km·s~(-1).研究发现:计算得到的磁准分界面在色球和日冕中的位置和相应高度观测到的耀斑带的位置符合得较好,而且各层次的磁准分界面与相应层次的耀斑亮带在时间上也有近乎一致的演化行为,这突显出了磁准分界面理论在3维磁重联和耀斑研究中的作用,并证实事件2耀斑能量的释放可能是通过发生在QSL处的磁重联进行的,同时说明,研究QSL对于理解2维磁重联和3维磁重联本质联系是至关重要的.     

强质子耀斑活动区的形态和旋转特征

本研究结果表明，同一黑子群在日面期间的顺或反时针方向的旋转运动会先后并存。质子耀斑前１～２天，黑子群的旋转角速度达到极大，耀斑后，磁绳的松弛，黑子群可能会反向转转，强的剪切过程和质子耀斑可能会再度出现，强质子耀斑活动区的共同特征是：（１）形态为单个团状结构δ型黑子，即众多异极性本影核紧锁在同一黑子半影中，（２）黑子面积〉１０００×１０＾－６半球面积，日面跨度〉１０°；（３）黑子群有快速的旋转活动     

1980年11月第569号黑子群和耀斑的形态研究

本文对云台编号569黑子群(Boulder2776)80、11、1—80、11、13的黑子、磁中性线、耀斑、x射线、射电爆发等活动现象进行了描述和统计,结果表明该活动区老黑子群纵场中性线西侧新浮磁通量的发展,它的S极性区域向西老场N极区不断扩展,对该活动区一系列相似耀斑的爆发有着直接影响,并且当这些掩盖新浮磁通量的S极性黑子时对应x事件的比率增大。     

第22周中最强烈的太阳活动区

本文根据观测资料，选取五个指标：活动区中黑子群面积，Ｘ级Ｘ射线耀斑指数，１０．７ｃｍ射电爆发峰值流量，太阳总辐射流量短期大跌落以及质子事件流量，从第２２周的３９６６个活动区中综合评估筛选出ＡＲ５３９５，ＡＲ６５５５和ＡＲ６６５９等１３个最强烈的活动区，供太阳物理和日地物理研究人员进一步研究。本文还简要分析了这１３个活动区的时空分布的不均匀性和相对集中性等特点。