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。     

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.     

太阳双带耀斑中的剪切磁场

<正>太阳耀斑、暗条爆发以及日冕物质抛射(CME)对我们生存的空间环境有着重大影响.这些爆发所释放的能量储存在剪切的或扭曲的非势性磁场中.本论文对与太阳爆发有关的剪切磁场位型及其在爆发中的重要作用进行了深入系统的研究.这对理解和预言空间灾害性天气起着至关重要的作用.本论文的研究方法包括多波段观测(从个例的深入研究到大样本的统计分析)和数值模拟.     

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.     

太阳爆发活动多波段高分辨观测

<正>太阳大气中时刻发生着各种各样的爆发活动现象,例如耀斑、暗条爆发、喷流、日冕物质抛射以及各种磁流体力学波动现象等.过去的大量观测研究表明,太阳磁场在各种爆发活动现象中都起着决定性的作用.由于许多太阳爆发活动现象都会对地球空间环境和人类生活产生巨大影响,对太阳爆发活动现象的研究和预报都具有非常重要的现实意义.另外,太阳是距离地球最近的恒星,也是人们唯一可以近距离观测的恒星.太阳爆发活动现象的研究,对其它恒星的研究也具有重要的参考价值.     

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。     

太阳的空间观测与研究Ι—太阳电磁波 辐射的观测与研究概况

太阳空间观测为揭示太阳新的观测现象与研究开拓了新的途径。空间观测具有全波段、全时段、全方位以及无大气抖动和大气散射光等观测优点。本文着重探讨了太阳空间长波射电观测、Ｘ射线观测、紫外线观测的成就与研究结果。这些波段（包括光学）的爆发均起因于太阳大气中被加速的荷能电子与太阳等离子体、磁场相互作用而产生的电磁辐射,其能量约占太阳耀斑总量的１／４,即１０２５Ｊ。     

太阳的空间观测与研究I—太阳电磁波辐射的观测与研究概况

太阳空间观测为揭示太阳新的观测现象与研究开拓了新的途径。空间观测具有全波段、全时段、全方位以及无大气抖动和大气散射光等观测优点。本文着重探讨了太阳空间长波射电观测、Ｘ射线观测、紫外线观测的成就与研究结果。这些波段（包括光学）的爆发均起因于太阳大气中被加速的荷能电子与太阳等离子体、磁场相互作用而产生的电磁辐射,其能量约占太阳耀斑总量的１／４,即１０＾２５Ｊ。     

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。     

太阳望远镜的历史与今天（上）

2010年,太阳经历了几年活动极小年的沉寂后,日面开始逐个出现黑子。并伴随有耀斑爆发及日冕物质抛射现象,这标志着太阳进入了新的24周活动年。在未来的活动峰年里,太阳会有频繁剧烈的爆发活动吗？这些活动将对空间环境和地球造成怎样的影响呢？世界各地的科学家们正在用地面及空间太阳望远镜从不同角度、不同波段密切监视着太阳……     

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     

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.     

太阳表面磁场的分布与演化研究进展

太阳磁场、较差自转和内部对流使得日面磁场与磁活动在很大的时间尺度和空间尺度范围均表现得相当复杂.其中最有名的是太阳活动的11年周期,或22年磁周期.在较小时间尺度上,从几秒到几小时,有时太阳大气中会发生一些壮观的爆发事件,如耀斑、日珥爆发、日冕物质抛射等.所有这些形式的事件都与太阳磁场紧密关联.简单评述了太阳磁场起源与观测方法,重点论述了不同尺度太阳磁场的空间分布与演化,介绍了从太阳磁活动现象统计得到的有关太阳磁场的几个典型特征,同时讨论了进一步研究的方向.     

神奇的尤利西斯——太阳探测器

很久以来,科学家们就开始用地面观测设备研究太阳和日地空间环境了。20世纪50年代以后,随着火箭和空间技术的发展,逐渐把太阳观测设备送入空间。但是,这些空间太阳观测设备离地面比较近,基本上还是在黄道面     

论在空间灾害性天气条件下低频太阳射电观测在预警心脑血管事件中的作用

太阳活动是对地球及人类生活影响最直接的天文活动,在航空航天、通信、电力以及人体健康方面影响着人类的生产生活。通过以往的一些研究结果分析非光学(non-optical)范畴的太阳活动例如日冕物质抛射、太阳射电爆发与某些人类疾病呈正相关性,这与低频太阳活动对日地空间的影响有密切联系。采用云南天文台2012年上半年70 MHz~1 500 MHz波段观测数据与昆明医科大学第一附属医院心脑血管病例结合进行相关分析,得到利用低频太阳活动爆发对人体影响预警的时间延迟因子(与等离子体抛射物质到达地球有关)。通过研究证明利用直接太阳低频射电观测数据能够较之于之前国际上利用宇宙线的福布希下降进行的空间天气预警提前2~3 d,有效地提高了预警效果,为下一步基于低频空间异动观测数据现报——健康实时预警系统的建立打下了工作基础。     

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。在阳和日球磁场以观测发展了磁流体动力学理论。     

太阳宏观电场测量进展

太阳耀斑爆发时,日冕中磁自由能通过磁重联在短时间内转换成其他形式的能量,并伴随等离子体的加速和加热,以及带电粒子的加速。在这些过程中,宏观电场的出现起到关键的作用。但是到目前为止,由于太阳上宏观电场的探测比较困难,对电场的研究较少。近几年来随着一系列空间探测卫星被投入使用,加深了人们对日地空间事件发生、发展的物理过程的认识。但是太阳爆发和日冕加热机制等磁活动现象没有得到本质上的认识。太阳宏观电场的探测对突破这一瓶颈具有重要作用。综述了国内外在太阳宏观电场测量上的进展,并提出中国巨型望远镜(ChineseGiant Solar Telescope)在宏观电场观测上可能的科学目标。     

太阳射电爆发的起因：耀斑或／和日冕物质抛射

本文分析了近二十年来的地面和空间太阳有关观测资料,得出太阳射电爆发的起因为耀斑和／ 或日冕物质抛射（ＣＭＥ） 而不仅仅是耀斑,这将有利于更深刻地了解太阳射电爆发和共生高能现象的物理过程     

太阳磁场非势性研究中的光流技术法

综述了太阳磁场非势性研究中几种光流技术法,并进一步讨论了光流技术应用后可得到的新非势性参量.主要内容分为以下两部分,(1)光流技术法是近年来太阳磁场非势性研究中新兴起的一系列图像分析法的统称,主要包括LCT,ILCT、MEF、DAVE和NAVE.对它们的计算条件、适用范围和优缺点进行了详细说明和比较.(2)应用光流技术,人们可以由时间序列的磁图得到磁结构的光流,从而直接由观测资料计算求得磁力线足点的水平流速度,进而得出磁螺度流(磁螺度由光球向日冕的注入率)、太阳表面的感应电场,光球表面的非势磁应力(其面积分就是洛伦兹力)等一系列新的非势性参量.前期研究表明,这些参量与耀斑、日珥爆发、CME等大的太阳爆发事件密切相关.