漫谈粒子和宇宙（七）：太阳等离子体漫谈

等离子体天体物理学是研究宇宙间最广泛存在的物质状态规律的科学。太阳最外层大气日冕的温度约达到一二百万度,高温下的太阳物质呈现高温等离子体状态;地球电离层是处于温度相对较低的等离子体状态。人造地球卫星以及太阳系深空探测表明,行星际空间并非真空,而是存在着来自日冕的连续微粒辐射——太阳风,它是因日冕膨胀而形成的连续向外发出的、伸向遥远的太阳系空间的等离子体流。等离子体物理过程在许多日地物理现象中,诸如太阳耀斑、黑子、日冕物质抛射、日珥、太阳风等研究中起重要作用,探索日地空间物理过程的规律是认识与之有关的空间现象的关键。     

太阳射电爆发现象中的电子回旋脉泽辐射

太阳射电爆发(Solar Radio Burst, SRB)是太阳高能电子与背景等离子体相互作用产生的感应辐射现象,其多样的动力学谱类型及其复杂的精细结构反映了辐射源区磁等离子体结构状态丰富的物理信息,而相关辐射机制则是解读相关物理信息的关键工具.长期以来,在SRB辐射机制的研究中一直存在着争议不决的两种主要机制,即等离子体辐射机制和电子回旋脉泽(Electron Cyclotron Maser, ECM)辐射机制.近年来,针对传统的ECM辐射机制应用到SRB现象时遇到的一些主要困难,发展了由幂律谱电子低能截止驱动和包含快电子束自生阿尔文波效应的新型ECM驱动模型,并成功应用于解释各类不同SRB动力学谱的形成机制.基于这些新型的ECM辐射模型,系统地总结了ECM辐射机制在各种不同类型SRB现象中的应用,并对它们不同动力学谱结构的形成给出了一致统一的物理解释.     

电离层与电波传播路径

电离层从猜想到证实完全是无线电技术发展的结果。通过地面无线电探测和火箭、卫星的空间探测、证实了Ｃｈａｐｍａｎ的理论。由于太阳紫外线，Ｘ射线辐射致使高空上层大气电离。电离层介质是电子、正负离子和中性粒子全体的混合物。它们构成了地磁场中磁离子介质。本文根据磁离子理论，研究了电离层中等离子体的频率特性，从而解释了Ｄ、Ｅ、Ｆ１和Ｆ２层的电波反射特性。最后计算了陕西天文台至云南天文台电离层波导的传播时延，获得了有意义的结果。     

AR5395活动区的太阳-地球效应

1989年3月太阳上出现的活动区5395产生了一系列的大耀斑,向行星际空间注入了大量的等离子体和高能粒子辐射,以及各种波长的电磁辐射,引起了一系列的地球物理效应。如磁层受到巨大扰动,出现了罕见的地磁暴,导致地球上一些地区供电系统出现异常甚至被损坏;电离层被骚扰,使通讯遭到严重干扰和破坏;大气被严重干扰,造     

基于PSP观测的行星际Ⅲ型射电爆发的研究进展

与太阳射电爆发相比,通常认为频率较低的行星际射电爆发产生于远离低日冕的行星际空间.地球电离层的截止导致地基设备无法对其进行观测.美国国家航空航天局(National Aeronautics and Space Administration, NASA)发射的帕克太阳探测器(Parker Solar Probe, PSP)是迄今为止距离太阳最近的空间探测器.其搭载的射电频谱仪能够对10 k Hz–19.17 MHz频段范围内的射电辐射进行观测. PSP能够靠近甚至可能穿越行星际III型射电爆发的辐射源区,因此使用PSP对行星际射电爆发进行观测具有前所未有的优势.简要介绍了目前为止使用PSP的射电观测数据对行星际III型射电爆发的多方面研究,包括爆发的发生率、偏振、散射、截止频率、可能的辐射机制和相关的辐射源区等方面的研究进展,并讨论了其未来的研究前景.     

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.     

星际尘埃研究现状与进展

由于星际尘埃的广泛存在和其在恒星与行星系统的形成、星系以及整个宇宙演化中的重要作用,星际尘埃的研究成为当今天体物理领域的热点前沿课题。该文从尘埃与电磁场相互作用的观测证据出发,系统地介绍了星际消光(包括吸收和散射)、星际红外辐射、星际偏振等的研究现状,讨论了星际元素减损,以及行星际尘埃和陨石中的前太阳尘埃等问题。从相应的观测证据中,可以得到关于星际尘埃的丰度、化学组成、尺寸和形状的信息。该文还对当前比较流行的三种尘埃模型(硅酸盐-石墨-PAHs模型、硅酸盐核-碳有机耐熔质壳层模型和多孔尘埃模型)进行了讨论与比较,对该研究领域中待解决的问题也作了简要的概括。     

粒子云网格方法在大尺度湍流磁重联研究中的应用和进展

作为汪景琇院士主持的中国科学院数理学部"天体辐射磁流体力学"战略研究项目组成部分~([1]),从等离子体的动力学属性出发,介绍了用于研究等离子体与周围磁场结构相互作用的粒子云网格方法,及其在研究具有复杂等离子体和磁场结构的磁重联过程中的应用。这里提到的磁场与等离子体的复杂性包括变化的等离子体β值,磁重联电流片中包含有多种尺度的结构,以及这些结构之间的相互作用,而且这些结构的尺度变化范围很大(从105km变化到102km)。进一步探讨了该方法在太阳物理领域,特别是在太阳爆发磁重联过程方面的可能应用以及未来的发展;并为项目研究中其他部分在数值方法~([2–5])和太阳物理~([6,7])方面提供借鉴和补充。     

太阳风研究的新进展：略谈“尤里西斯”观测

太阳风研究的新进展：略谈“尤里西斯”观测藻间由太阳向外“吹”出的电子和离子组成的等离子体在局部行星际介质中占据一个巨大的腔。这些等离子体称为太阳风。它起源于具有百万度高温的太阳外层大气─—日冕。由于日冕温度很高，太阳风等离子体在克服太阳引力，以３００...     

太阳短波辐射的空间研究

星际航行时代的来临,使天文科学正经历着一次意义深远的革命.太阳物理所受的影响尤为显著.在这方面已有不少专书和调研报告,本文将着重介绍一些最新的成就.一、绪论1.空间太阳观测的意义(1)高空观测的主要目的是解除地球大气的桎梏,免除臭氧、水蒸汽等对天体紫外和红外辐射的吸收,扩展观测波段.一般可认为在200     

太阳耀斑和行星际磁场南向分量之间的相关分析

本文用统计方法对太阳耀斑和行星际磁场南向分量进行相关分析。通过这些分析,我们得出了以下结论:(1)太阳活动的27天周期性对行星际磁场南向分量的增加有一定影响;(2)太阳耀斑是行星际磁场南向分量增加的重要因素,有79.6％的10γ以上行星际磁场南向分量是由于太阳耀斑造成的;(3)从综合耀斑指数与行星际磁场南向分量之间的回归分析得到的相关系数为0.619。     

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。     

行星际闪烁(IPS)研究新进展

太阳风行星际闪烁（ｉｎｔｅｒｐｌａｎｅｔａｒｙ ｓｃｉｎｔｉｌｌａｔｉｏｎ,ＩＰＳ）研究在太阳物理,日地空间物理和空间天气学研究中具有重要科学意义,经过近３０年重点研究太阳风后,从９０年代初开始,ＩＰＳ研究在太阳风与日球观测的对比分析、行星际扰动与地磁活动预报,观测数据的层析分析三方面都取得了新的进展。     

1989年8月太阳事件的电离层效应

1989年8月太阳爆发了一系列的大活动,引起了多种日地空间和地球物理事件。在此期间武汉电离层观象台(30.5°N,114.4°E;磁倾纬度26.4°N)利用垂测仪观测到了明显的电离层扰乱。最低测量频率(f_(min))增高,甚至电离图上回波描迹全部消失,造成短波无线电通讯中断;突发Es增强,有时foEs超过仪器测量范围,大于     

日冕等离子体参数的精确测定〈一〉

我们用物理参数方法设计 X-射线望远镜,以精确地测定太阳日冕等离子体参数。本文是其第一部分。概述物理参数方法的原理及其应用。     

太阳Ⅱ型射电暴精细结构的观测研究

在太阳射电动态频谱图上,II型暴表现为缓慢频率漂移的窄带信号;这些信号为能量电子激发的等离子体辐射,其基频辐射的频率接近当地等离子体频率.II型暴在太阳暴驱动激波、激波加速产生能量电子以及空间天气预报方面具有重要的研究意义.有些II型暴的频谱形态比较丰富,存在多种精细结构;按照频谱形态和成因大致分为频带分裂、多支、鱼骨...     

太阳和太阳系等离子体研究专辑:序言

宇宙中超过99.9%的可见物质处于等离子体状态,等离子天体物理是天体物理的重要分支,为理解天体系统的形成、演化及爆发现象提供着重要的理论基础.专辑通过14篇文章系统介绍了中国科学院紫金山天文台等离子天体物理团队在太阳和太阳系等离子体方面的研究成果,希望能帮助读者全面了解太阳与日球等离子体物理研究的重要进展及存在的问题.     

活动星系核中相对论电子束的物理效应

本文研究了Ｂｌａｚａｒ天体的辐射性质，提出一种新的喷流模型，即具有幂律分布的极端相对论电子团从中心核注入喷流等离子体中，它在一定的注入速度下，不仅能在喷流等离子体中激发等离子体湍动，产生电磁波的相干辐射，而且能产生强的同步辐射。利用等离子体的弱湍理论，我们研究了极端相对论电子团在喷流等离子体中的辐射过程，并详细研究了它在解释Ｂｌａｚａｒ天体辐射特性中的应用，本文认为，Ｂｌａｚａｒ天体的不稳定辐射与极端相对论电子团的无规注入、喷流等离子体的物理环境瞬息变化有关。Ｂｌａｚａｒ中快速变化的辐射偏振角摆动。产生于相对论电子团在湍动等离子体中的同步辐射过程。另外，Ｘ选和射电选的ＢＬＬａｃ天体之间的区别取决于喷流等离子体的运动状态和物理环境。     

解读空间天气网站

太阳高层大气日冕中主要包含电子和质子,它们具有极高的动能和温度,可以摆脱太阳引力的作用,像风一样吹向行星际空间,称为太阳风。太阳风物质（等离子体）的温度、密度及速度随时间和太阳经度不同而变化。太阳风的速度—般在350～750Km／sec之间。     

外日球层太阳风“磁流体-能量粒子”强耦合系统的数值模拟

日球层是指以超音速径向外流的太阳风在周围星际介质中所占有的空间范围。磁化太阳风和星际介质的相互作用形成终止激波、日鞘区、日球层顶。在外日球层,太阳风中存在宇宙线能量粒子辐射背景以及螺旋形行星际磁场、行星磁层等准稳态结构。太阳风离子与星际中性氢原子通过电荷交换生成太阳风拾起(pickup)离子和能量中性原子(Energetic Neutral Atom,ENA),导致外日球层太阳风的加热和减速。外日球层太阳风宏观磁流体动力学与ENA辐射场是强烈耦合的,ENA携带其原属离子群的成分及能量信息并且在日球层内直线运动。ENA辐射是遥测广袤日球层的远程探针,该辐射在全天球范围内的成像能描绘外日球层在粒子多能段的全景肖像。辐射磁流体理论被应用于描述日球层大尺度动力学和能量粒子加速及传输的多尺度耦合。认证外日球层太阳风物理的重大科学问题,阐述该科学问题对辐射磁流体的物理建模及其数值求解的内禀需求,分析外日球层辐射磁流体数值模拟在国内外的发展脉络和当前现状,提出我国在外日球层领域辐射磁流体数值模拟的发展建议。