日冕三重无力场电流片的磁场重联

采用二维三分量磁流体力学模型,对日冕三重无力场电流片的磁场重联进行了数值研究,揭示了重联过程的基本物理特征．这类重联过程将加热和加速日冕等离子体,并导致多个高温、高密度、高磁螺度的磁岛的形成和向上喷发．这表明,多重无力场电流片的重联可能在日冕磁能释放、上行等离子体团的形成和太阳磁场螺度向行星际空间的逃逸方面起重要的作用．     

磁场重联和日冕物质抛射

Basic processes of magnetic reconnection and observations of coronal mass ejection are introduced. A possible mechanism of CME caused by magnetic rcconnection in the current sheet of solar corona is suggested.     

日冕磁场和重联的射电信号

总结了近期用射电频谱仪（高时间和高频谱分辨）和野边山射电日像仪（高空间分辨）以及国内外其它空间和地面设备分析日冕磁场和重联的系列工作。主要结论可归纳为：1）在Dulk等人（1982）的近似下自恰计算射电爆发源区磁场的平行和垂直分量，并首次得到该磁场在日面的两雏分布。2）为了考虑非热电子低能截止的影响，必须采用更严格的回旋同步辐射理论来计算。结果表明：低能截止和日冕磁场对计算有明显的影响，而其它参数（包括背景温度、密度、高能截止和辐射方向）的影响均可忽略。因此，对低能截止和日冕磁场必须联立求解。3）射电爆发中的精细结构可能反映了射电爆发源比较靠近粒子加速（磁场重联）的区域，利用高时间和高频率分辨的频谱仪和高空间分辨的日像仪联合分析，可以确定精细结构的源区位置，从而确定粒子加速（磁场重联）的准确时间和地点。     

双重电流片和日冕瞬变

当背景磁场在日冕中存在零磁场线时,反向新磁通量的喷发将会产生双重电流片,包括零场区附近的磁场受到挤压而形成的横向电流片和新喷发场、原背景场之间形成的拱形电流片、本文用一对线偶极子来模拟背景场,用一对线磁荷来模拟反向喷发场,讨论了上述双重电流片的形成和演变过程。在电流片形成过程中,物质将向电流片集中。拱形电流片物质主要来自过渡层和光球层,并通过辐射损失进一步冷却,形成低温日珥环;横向电流片的物质则全部来自日冕,从而形成高温日冕环。以上结果可用来解释1984年4月14日观测到的日冕瞬变。     

太阳磁场观测研究

简要回顾了近几年国际上太阳磁场研究的一些重要进展，包括耀斑与磁切和电流的关系，电流螺度和磁螺度，磁场拓扑性，三维磁场外推，色球磁场研究，日冕磁场研究，内网络磁元，磁流和振荡，极区磁场观测以及色球磁元观测等方面内容，同时也介绍了怀柔太阳观测站最近所取得的主要成果，自20世纪90年代以来，YOHKOH高分辨率的太阳X射线数据，SOHO的多波段大尺度观测，TRACE的高分辨太阳过渡区资料，为研究太阳磁场从内部到距离几十太阳半径处的大范围演化提供了依据，高效的空间资料结合长期的地面资料，将是正派推动太阳磁场研究的重要手段和必然趋势。     

太阳爆发过程中的大尺度磁重联电流片:理论和观测

从理论和观测两个方面来介绍和讨论出现在太阳爆发过程中的磁重联电流片及其物理本质和动力学特征。首先介绍在理论研究和理论模型中,磁重联电流片是如何在爆发磁结构当中形成并发展的,对观测研究有什么指导意义。然后介绍观测工作是从哪几个方面对理论模型预测的电流片进行证认和研究的。第三,将介绍观测研究给出了哪些过去所没有能够预期的结果,这些结果对深入研究耀斑一CME电流片以及其中的磁重联过程的理论工作有什么重要的、挑战性的意义。第四,讨论最新的与此有关的理论研究和数值实验。最后,对未来的研究方向和重要课题进行综述和展望。     

日冕物质抛射的中性电流片及边源辐射对

利用日本阳光卫星上的软X-射线望远镜、硬X-射线望远镜和野边山射电日像仪1998年4月23日观测资料,对软X-射线日冕物质抛射和射电Ⅳ型爆发进行了综合研究,获得了下列有意义的结果.在2个磁偶极源之间发现了磁容带和少数的激活源.激活源将磁容带变成磁能带的过程,正是中性电流片的形成过程以及激发能量和发亮物质向它集中的过程.当2个磁偶极源被磁能带接通时,则中性电流片形成,并且发生软X-射线日冕物质抛射.物质抛射不仅从中性电流片处升起,也从整个磁能带上升起.软X-射线日冕物质抛射环具有2个足点,它们正是2个磁偶极源.膨胀环的头总是倾向于弱源的足点,因为它是来自2个足点磁压的平衡点.因此它的轨迹是中性线,由中性线便可确定中性电流片的位置.最后,发现了磁能带上中性电流片的边源辐射对.     

非对称四极无力场的磁能释放

本文采用二维三分量耗散ＭＨＤ模型，对带高电流层的局地非对称的四极无力场的磁能释放过程进行数值模拟，结果表明，磁能释放过程大体可以分为两个阶段：高电流层引起的异常电阻耗散使该层等离子体加热至３×１０６Ｋ的高温，形成一高温环；在高电流层耗散的触发下，磁分隔面的电流急剧增长并爆发异常电阻耗散和磁场重联，导致耀斑发生，主要的能量释放发生在磁分隔线和高剪切无力场中的磁分隔面上，等离子体温度可以达到１．９×１０７Ｋ。上述无力场的触发释能过程可能是太阳耀斑的一种重要的释能机制。     

日冕物质抛射的中性电流片及边源辐射对

利用日本阳光卫星上的软X－射线望远镜，硬X－射线望远镜和野边山射电日像仪1998年4月23日观测资料，对软X－射线日冕物质抛射和射电Ⅳ型爆发进行了综合研究，获得了下列有意义的结果。在2个磁偶极源之间发现了磁容带和少数的激活源。激活源将磁容带变成磁能带的过程，正是中性电流片的形成过程以及激发能量和发亮物质向它集中的过程。当2个磁偶极源被磁能带接通时，则中性电流片形成，并且发生软X－射线日冕物质抛射。物质抛射不仅从中性电流片处升起，也从整个磁能带上升起。软X－射线日冕物质抛射环具有2个足点，它们正是2个磁偶极源。膨胀环的头总是倾向于弱源的足点，因为它是来自2个足点磁压的平衡点。因此它的轨迹是中性线，由中性线便可确定中性电流片的位置。最后，发现了磁能带上中性电流片的边缘辐射对。     

无力磁场的稳定性

无力场被广泛用来模拟太阳活动区的强磁场,本文从Bernstein能量原理出发,导出了无力场能量原理的普遍形式,并给出了若干稳定性的充分条件,它们可方便而有效地对无力场进行稳定性判断。     

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     

太阳大气中自发磁重联的数值模拟：（Ⅱ）重力,热传导下二维三分量的 …

在无力场中引入反常电阻,数值模拟电阻撕裂模不稳定性引起的均匀重力场中的二维三分量磁重联过程。首先研究了Ｖｃ和β０对磁重联的影响,结果表明：（１）在Ｖｃ大的情况下,重联率开始很小,但最终出现爆发现象。另外,温度的增加不如Ｖｃ小的情况明显;（２）Ｖｃ相同而β０不同的情况具有相似的演化特征,但β０越小,动力学过程越刷烈;（３）Ｖｃ大且β０也大的情况不能产生爆发现象。还研究了各向同性热传导对磁重联过程及扩     

耀斑大尺度电流片的湍流耗散和能谱分析

磁重联在宇宙的许多动力学现象中都是非常核心的过程.磁流体动力学(MHD)数值模拟是研究磁重联过程以及相应物理图像的一种很有效的手段.通过不同的参数组合,来研究MHD数值模拟中磁雷诺数和空间分辨率对磁重联率、数值耗散和能谱分布的影响.对得到的数据进行分析后,发现磁雷诺数对磁重联率和能谱分布有一定的影响.磁雷诺数越大,磁重联过程进入非线性阶段所需的特征时间越短,磁重联率就越早发生跃升.磁雷诺数R_m对耗散开始发挥作用的Kolmogorov微观尺度l_ko有明显影响:R_m越大,l_ko就越小.研究了磁重联过程中包括数值耗散在内的额外耗散对重联过程的影响.结果表明,撕裂模不稳定性开始之前的额外耗散以纯数值耗散为主,撕裂模不稳定性出现之后,额外耗散出现同步跃升,说明不稳定性导致的湍流明显增强了耗散的效果,相当于在局部湍流区引入了超电阻.能谱分析进一步表明,大尺度电流片的l_ko完全可能出现在宏观的MHD尺度上.     

太阳大气中自发磁重联的数值模拟(Ⅱ)重力、热传导下二维三分量的计算结果

在无力场中引入反常电阻,数值模拟电阻撕裂模不稳定性引起的均匀重力场中的二维三分量磁重联过程．首先研究了Vc（反常电阻模型中的临界漂移速度）和β0（气压磁压比）对磁重联的影响,结果表明：（1）在Vc大的情况下,重联率开始很小,但最终出现爆发现象．另外,温度的增加不如Vc小的情况明显。（2）Vc相同而β0不同的情况具有相似的演化特征,但β0越小,动力学过程越剧烈。（3）Vc大巨β0也大的情况不能产生爆发现象．还研究了各向同性热传导对磁重联过程及扩散区结构的影响．结果表明热传导加快磁重联速率．在无热传导的情况中,开始时温度增加迅速,重联率较低,但最终出现磁重联率迅速上升的现象．对上述结果及其在解释耀斑、日冕物质抛射及冕流等太阳大气现象方面进行了讨论．     

磁重联电流片的参数变化对电子加速的影响

通过采用试验粒子的方法,研究了在有引导磁场Bz存在的磁重联电流片中,电子被super-Dreicer电场Ez加速后的运动特征.首先,考虑了引导磁场恒定且与电场有不同方向时对粒子加速的影响.在这种情况下,Bz方向的改变直接改变了电子的运动轨迹,使其沿着不同的路径离开电流片.在Bz和Ez同向时,高能电子的pitch-angle接近于180°.然而,当2者反向时,高能电子的pitch-angle接近0°.引导磁场的取向只是使电场有选择地对不同区域的电子进行加速,不会最终影响电子的能量分布,最终得到的能谱是普遍的幂率谱E-γ.在典型的日冕条件下, γ大约等于2.9.进一步的研究表明γ的大小依赖于引导磁场及磁重联电场的强弱,以及电流片的尺度.随后,也研究了包含多个X-点和O-点电流片中被加速粒子的运动特征.结果表明X-点和O-点的存在使得粒子被束缚在加速区并获得最大的加速,而且最终的能谱具有多幂率谱的特征.     

冕流电流片的白光和紫外观测研究

日冕电流片是日冕磁重联发生的主要区域, 这一过程将磁能转化为等离子体的热能和动能. 通过选取大角度光谱日冕仪(Large Angle and Spectrometric Coronagraph, LASCO)的白光与远紫外日冕成像光谱仪(Ultraviolet Coronagraph Spectrometer, UVCS)的紫外观测, 研究了2003年1月3日观测到的冕流电流片. LASCO C2白光数据显示电流片中的等离子体团在视场中可从60km·s^-1加速至340km·s^-1, 加速度为 60m·s^-2; 假设视向深度为0.3--1.5R_⊙, 得到所研究电流片在UVCS狭缝高度处的平均电子数密度约为(1.52--7.60)×10⁷cm^-3. 对沿UVCS视场狭缝分布的[Fe xviii ] 974 ? A和Lyα谱线强度进行研究, 发现电流片处的[Fe xviii ]谱线强度比周围明显增大, 计算得到所研究时段内电流片的电子温度范围为(2.94–4.04)×10⁶K; 而在电流片处的Lyα谱线强度相对周围变化不大, 在电流片内部两侧强度比中心略高, 可能的主要原因是电流片内部中心处等离子体的运动速度要比两侧快, 这使得中心比两侧有更强的多普勒暗化作用. 以UVCS观测的Lyα和[Fe xviii ]谱线的辐射强度比和计算的电子温度为约束条件, 发现当狭缝电流片处等离子体运动速度约为237–254 km·s ^?1 时, 通过理论计算的Lyα和[Fe xviii ]谱线的辐射发射率比值和观测谱线强度比值相当. 在该速度范围内, 电流片内部Lyα辐射的碰撞项约为辐射项的42%–57%. 此事件中的冕流电流片比通常情形下的冕流电流片中等离子体温度更高、运动速度更大, 可能的原因在于其南侧爆发的两个日冕物质抛射促进了电流片中的磁重联过程, 更多的磁能释放用于等离子体的加热和加速. 所得研究结果可以为我国将要发射的先进天基太阳天文台(Advanced Space-based Solar Observatory, ASO-S)未来的资料处理提供重要参考.