用粒子模拟方法研究离子声波

<正>向传播朗缪尔波被离子声波散射是太阳射电Ⅲ型暴基波和谐波激发的重要过程.使用粒子模拟方法对电子束流激发朗缪尔波的过程进行了模拟,同时对产生的反向朗缪尔波、朗缪尔波2次谐波和朗缪尔波通过非线性过程产生的离子声波的性质进行了分析研究.为了更好地研究离子声波,模拟时单独计算了由离子扰动引起的电场.模拟计算了不同初始参数下产生的离子声波强度,发现离子的温度和质量对离子声波的产生有重要作用,验证了反向朗缪尔波与离子声波的相关性.同时在模拟中验证了朗缪尔波的衰变过程,确认了离子声波对反向朗缪尔波的放大作用.     

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.     

太阳耀斑非热电子动力学研究

主要讨论太阳耀斑过程中非热电子动力学过程的理论模型以及在硬X射线和射电波段的观测特征。现在广为接受的非热电子动力学过程的模型是"俘获+沉降"模型,由电子的加速、注入、沉降、俘获及能量损失5个部分组成。射电和硬X射线爆发是非热电子在输运过程中与磁场、背景等离子体及其产生的波等相互作用的产物,是非热电子动力学过程的即时反映。通过分析射电和硬X射线辐射的流量、谱和成像特征,可以研究非热电子的空间分布和时间演化,研究非热电子输运过程中发生的碰撞、辐射、散射、波-波、波-粒相互作用等物理过程,研究耀斑磁场、背景等离子体特征,进而为太阳耀斑的磁场结构、太阳大气分布、磁重联模型的研究提供理论和观测依据。     

AR6659光球色球的磁场速度场的演化特征及其与大耀斑的关系

ＡＲ６６５９是２２周以来最重要的一个活动区，它爆发了２２周最强大的高能事件。本文用云南天文台的光球、色球精细结构照片和北京天文台怀柔站的磁场速度场资料，分析了该活动区磁场速度场的二维位形和大耀斑期间的演化特征。本文分析的４个大耀斑均爆发在中性线附近的Ｎ极区磁场梯度大的地方及色球速度场的红移区。偏带观测也显示耀斑物质是向红端移动的。耀斑波沿横场传播在离本黑子群几万至十几万公里的地方激起感生耀斑，在原生耀斑与感生耀斑之间往往有耀斑环相连。此外，本文还从演化特征出发分析了耀斑爆发前活动区等离子体的宏观不稳定性。     

关于日冕双向电子束的加速问题

介绍了云南天文台和北京天文台频谱仪所观测到具有正、负频漂的米波Ⅲ型爆发和微波尖峰辐射.对双向电子束源的频率和高度进行了估计.2个事件都表明在具有正、负频漂率的爆发之间有一分界频率(250和2900MHz),这说明爆发源是一个复杂加速源,电子束同时向上、下2个方向注入.由本文的2个事例可以说明1.双向电子束的转换(changeover)范围是在250～2900MHz的宽频带里,并且起源是在很小范围(4～70MHz)内.这些电子束从高层到低层日冕都有一个很窄的独立加速区,文中的Ⅲ型爆发对可能是它们的等离子体辐射现象.2.在低日冕分离开放磁场和闭合磁场的电流片,以及高日冕相反方向的开放磁力线的交叉区域可能都是双向电子加速区.从闭合磁场到开放磁场的磁拓扑范围将是很大的(大约在光球上2×104km到10.7×104km).     

太阳的空间观测与研究Ⅱ—太阳高能粒子和等离子体云的抛射

太阳空间观测揭示出太阳的高能电子,高能质子发射以及γ射线爆发。证实了有关的太阳射电辐射理论,揭示出太阳耀斑中的核反应。日冕物质抛射和耀斑等离子体云的空间观测揭示出它们之间的区别和联系,认识到耀斑的热区和冷区。在阳和日球磁场以观测发展了磁流体动力学理论。     

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.     

太阳的空间观测与研究Ⅱ—太阳高能粒子和等离子体云的抛射

太阳空间观测揭示出太阳的高能电子、高能质子发射以及γ射线爆发。证实了有关的太阳射电辐射理论、揭示出太阳耀斑中的核反应。日冕物质抛射和耀斑等离子体云的空间观测揭示出它们之间的区别和联系, 认识到耀斑的热区和冷区。太阳和日球磁场观测发展了磁流体动力学理论     

高能耀斑指数的功率谱及其热点分布

本文采用一个表征高能耀斑强度的综合指数,分析了太阳活动21周以来(1976.7—1991.2)级别≥M1.0的X射线耀斑和能量≥10Mev的质子耀斑综合指数的时空分布,提出在研究时段内太阳上的13个高能耀斑“热点”。这些热点活动区反复回转,爆发了占总指数58.1％的高能耀斑。本文还讨论了高能耀斑热点的特征及其与大尺度磁场演化的关系。结果表明,高能耀斑热点与大尺度磁场的演化关系密切,前者受后者的调制。     

1978年4月底大黑子群的磁场和耀斑

本文分析了云台78126活动区的五天的磁场等高斯图资料后得出,倒置的磁极性排列和纵场中性线变得迂回曲折与高能质子耀斑爆发紧密相关。在耀斑爆发后,无论是磁极性排列和纵场中性线都趋于相对稳定状态。我们发现,活动区的净磁通量φ在4月28—30日期间有急剧的变化,而在这期间发生了二个重大耀斑。我们猜想,可能是磁通量的迅速变化引起的强大电动势造成了电子和质子加速的条件。分析了耀斑结点在磁图中的分布后得出;本活动区的耀斑亮点大多数离中性线区域较远,而出现在中性线附近的亮结点,可以大致分为两种情形,一种是在中性线两侧的磁场梯度很大且具有相反电流密度的区域;另一种是出现在磁场的“中性点”附近。     

耀斑氦线的观测和研究

介绍了耀斑各波区（从ＥＵＶ到红外）氦线观测的进展，从中阐明氦线观测和研究在提供太阳耀斑物理参数，了解耀斑动力学过程，电场，能量平衡及高能粒子产生和传输方面的特殊意义，并分析了这个领域目前已经取犁研究结果和今后研究中在观测技术和理论分析两个方面尚需解决的关键问题。     

质子耀斑爆发相的粒子加速

本文从粒子分布函数所满足的带有规则电场的准线性方程出发,得到了包含有规则电场与湍动起伏场相互耦合作用在内的等效动量空间扩散系数,提出了太阳质子耀斑中性片中的规则电场与湍动起伏场的联合加速机制。根据太阳质子耀斑的物理条件,计算表明荷电粒子在中性片中可以被有效地加速,能量可以达到～20MeV,甚至～1GeV。本文证明了离子声湍动起伏场与规则电场的联合加速机制有效地使质子和其它重离子注入到Langmuir湍动加速区中去;并且表明,在Langmuir湍动起伏场与规则电场联合加速的情形下,可以得到与观测事实符合得较好的高能质子的谱以及高能电子的幂律分布的谱。     

射电运动Ⅳ型爆发和日冕物质抛射

射电Ⅳ型运动爆发同日冕物质抛射（ＣＭＥｓ）关系极为密切。本文基于对Ⅳ型运动爆发的研究以及ＣＭＥｓ开放场的物理条件,探讨了ＣＭＥｓ形成及抛射的物理条件。由于磁通量突然喷发,能量大量释放,在ＣＭＥ闭合场中的等离子体被加速,导致高能质子和高能电子被大磁环捕获。随着磁环内的热压Ｐ和磁压Ｐｍ的升高,当β＞βＴ时磁环将炸裂,从而产生ＣＭＥｓ。抛射出的未离化的等离子体团将产生等离子体基波与谐波辐射。随着等离子体的不断离化,高能相对论电子绕开放磁场线作螺旋飞行,这时等离体辐射降到次要地位,回旋同步加速辐射上升到主导地位,这就是射电Ⅳ型运动爆发。如果离化的早,则在微波波段也能看到Ⅳ型运动爆发。这就是微波Ⅳ型爆发,也是微波Ⅳ型爆发罕见的原因。射电运动Ⅳ型爆发源就是日冕抛射的物质。     

日冕电子加速的诊断—多频射电高时间分辨率观测结果

一个太阳耀斑约含数千个微耀斑［１］，每个微耀斑以热的，低频波和加速粒子的形式释放能量。耀斑期间大部分能量的释放是通过电子加速转移的结果，然而电子加速是在耀斑前相开始，并在整个耀斑持续期间继续保持。在耀斑发展的不同相期间伴有各种各样的射电辐射现象（及其它波段共生现象），多波段射电观测和比较可以给出有关电子加速过程和耀斑自身发展的重要信息，尤其可检测加速开始的时间和频率部位（目前仍为太阳物理的前沿）。微耀斑能量的瞬时释放可能是引起不同类型快速精细结构的原因，射电毫秒级尖峰辐射是起因于连续能量释放的证据，其辐射源位于或靠近能量释放区［２］，公认射电辐射的快速结构是日冕电子束的特征信号［３，４］，所以今后使用高时间和高频率分辨率的宽带频谱仪同时观测可详细地探测加速过程，从而对预耀斑的加热和初始能量释放，耀斑的逐步建立和演化都具有重要意义。本文介绍几个典型事件，包括射电尖峰脉冲辐射，类尖峰辐射和短时标漂移结构     

太阳耀斑与三维非线性无力磁场结构

本文在非线性无力磁场的等效边界积分方程的基础上,计算了ＮＯＡＡ８１００ 活动区在１９９７ 年１１ 月４ 日的磁场结构。发现该磁场由一个浮现磁环、一个具有微分剪切的多磁环系统、和大尺度或开放磁力线等三部分组成。２Ｂ／Ｘ２ 耀斑是由于浮现磁环与具有微分剪切的多磁环系统和大尺度或开放磁力线之间的相互作用而触发的,发生在浮现磁通量区域附近,并位于不同走向的多个磁环的公共足点处。Ｈβ双带出现在浮现磁通量区域附近,在浮现磁环的足点处。其中位于开放磁力线附近的亮带暗一些。然而在２Ｂ／Ｘ２ 高能耀斑之后,仍然存在着强剪切状态。表明该活动区松弛到了一个低能态但不是最小能量状态。     

电子回旋脉泽辐射机制在太阳物理中的进展

电子回旋脉泽辐射是一种重要的射电辐射机制,将其应用在太阳物理中,需要解决两个困难:一是自由能来源问题;二是辐射的逃逸问题。高能电子束离开加速区后,在磁等离子体中与磁场、波等相互作用可以形成不同的速度空间分布,可以为脉泽辐射提供自由能。对于辐射逃逸问题,日冕低密度导管的假设可以解决这一困难。介绍了近几年回旋脉泽辐射研究的进展及其在太阳射电爆发中的应用,以及阐述了该领域未来研究方向。     

AR6659光球色球的磁场速度场的演化特征及其与大耀斑的关系

ＡＲ６６５９是２２周以来最重要的一个活动区，它爆发了２２周最强大的高能事件。本文用云南天文台的光球、色球精细结构照片和北京天文台怀柔站的磁场速度场资料，分析了该活动区磁场速度场的二维位形和大耀斑期间的演化特征，本文分析的４个大耀斑均爆发在中性线附近的Ｎ极区磁场梯度大的地方及色球速度场的红移区，偏带观测也显示耀斑物质是向红端移动的。耀斑波沿横场传播在离本黑子群几万至十几万公里的地方激起感生耀斑，在原     

1978年4月底大黑子群的磁场和耀斑

本文根据云台78126活动区的五天的磁场等高斯图资料得出:(1)倒置的磁极性排列和纵场中性线变得迂迥曲折与高能质子耀斑爆发紧密相关。在耀斑爆发以后,磁极性排列和纵场中性线都趋于相对稳定的状态。(2)本活动区的耀斑亮点大多数离中性线区域较远,而出现在中性线附近的亮结点可大致分为两种情形,一种是在中性线两侧的磁场梯度很大且具有相反电流密度的区域,另一种是出现在磁场的“中性点”附近。     

1984年2月25日日面大耀斑光学特性

1984年2月25日,日面爆发了一个高能大耀斑。我们取得了该耀斑过程的光球黑子活动区强磁场以及黑子、H_α色球等光学资料。分析表明:1.这种高能大耀斑是产生在有黑子剪切运动、新浮磁流和磁场梯度大的磁中性线(H_n=0)两侧;2.耀斑发展到极大前后,不但会掩盖部分后随黑子半影,而且还会进一步掩盖这些后随黑子本影;3.在高能大耀斑爆发过程中,相应的光球黑子活动区的强磁场会出现变化,磁通量增长率为1.0×10~8韦伯/秒,磁场梯度最大为0.2高斯/公里;4.黑子间的相对运动速度最大可达0.3公里/秒。     

AR8210大活动区黑子与磁场的演化

AR8 2 1 0活动区的黑子磁场结构是反极性排列 ,开始是负极性的主黑子上半部被正极性所包围 ,随后又在主黑子下方浮现正极磁场 ,引起主黑子作顺时针方向旋转约 90°,当正极性磁场强度减弱后 ,主黑子又呈弱的逆时针方向旋转。该区域产生的高能耀斑爆发与黑子磁场变化密切联系。