太阳对流层内的纬向磁场与黑子双极磁场的关系

在太阳对流层内,由于ω-效应产生了很强的纬向磁场,它的磁浮力引起了磁流体的上浮,在太阳表面造成了黑子双极磁场等活动区的现象。本文考虑了在磁流团上浮后,由于在太阳对流层内存在湍流磁扩散率的垂直梯度,因而在磁流团内外的磁扩散率之差要随磁流团上升距离的增加而增大,以致在磁流团表面形成了巨大的磁扩散率的梯度,从磁感应方程中可以看到,这一梯度将扰动纬向磁场,结果在磁流团表面形成了磁环,它随磁流团浮升到对流层顶,在太阳表面呈现出两个极性相反的磁区。本文企图以此来说明黑子双极磁场密集性原因的尝试。     

太阳黑子发展中的磁扩散不稳定性

根据太阳发电机理论中的ω-效应,在太阳对流层内将产生纬向磁场,它的磁浮力要促使流团上浮。在文[5]中讨论了在流团上浮过程中,流团表面的磁扩散率梯度将对纬向磁场产生扰动,这一扰动使纬向磁场集积在流团表面磁扩散率梯度大的地方,围绕流团表面形成了黑子磁环。 本文进一步从磁流力学方程组的小扰动方程出发探讨了太阳黑子磁环发展的不稳定性问题。结果表明:在扰动方程中存在着不稳定模式。这一不稳定性产生的原因是由于当温度(或者说磁扩散率)受到小扰动时,纬向磁场要集积在磁扩散率(或温度)梯度大的地方,而磁场的集积将导致磁压增强及气压减低。在绝热条件下,这将使温度减低,而温度的减低又加强了温度梯度的增大,这又进一步促使磁场在梯度大的地方集积。这种磁场与温度发展的相互促进关系可以称它为磁扩散不稳定性。本文认为太阳黑子磁环和它低温的形成正是由于这种不稳定性发展起来的。     

月球澄海玄武岩矿物成分研究

月球玄武岩的矿物组成反映了源区的化学成分和岩浆的结晶环境.了解月海玄武岩的矿物组成对研究月球岩浆演化具有重要意义.选择澄海为研究区,综合利用光谱、地形、元素等多源遥感数据将澄海划分为55个地质单元.基于月球矿物制图仪(Moon Mineralogy Mapper, M~3)数据,提取84条新鲜撞击坑光谱曲线,计算吸收中心波长、波段面积比等光谱参数.通过分析光谱吸收特征,获得澄海玄武岩镁铁质矿物的空间变化特征.研究结果表明,澄海玄武岩镁铁质矿物主要为高钙单斜辉石.澄海中部和南部地质单元具有较低的橄榄石/辉石比,东部和西部地质单元具有较高的橄榄石/辉石比.从东、西部到中部区域,橄榄石/辉石比例逐渐降低.     

太阳大气中的光球亮点

首先是对太阳光球亮点近年来研究工作的总结。光球亮点是一种发生在太阳光球上宁静区域的的小尺度和短寿命增亮现象,平均直径在100～300knm之间,平均寿命约为几分钟。光球亮点的研究对于光球辐射和磁场性质的认识具有重要意义。过去的观测显示,绝大多数光球亮点的产生和演化与磁场,特别是光球上的小尺度磁场的演化密切相关,比如,两个同极性磁场的合并,或者反极性磁场的对消,或者一个同极性磁场的分裂,均可以促使光球亮点产生或消失。基于这样的观测结果,统计研究了2722个光球亮点(1600A)与光球上偶极磁元的关系,发现大约有1/3的光球亮点出现在偶极磁元中心附近。     

太阳Stokes光谱望远镜的结构及其数据处理方法

云南天文台的太阳Stokes光谱望远镜是一台通过测量磁敏谱线的Stokes参数I,Q,U和V的轮廓来研究太阳磁场精细结构的光谱型矢量磁场测量仪。它利用4个完整的Stokes轮廓所蕴含的丰富信息,完全确定辐射的偏振状态,从而精确地测定太阳黑子区的矢量磁场。文章首先介绍了该望远镜的结构,进而详细地介绍了该望远镜所测量的偏振光谱资料的处理方法。     

太阳黑子磁场的深度梯度

本文主要研究由塞曼支线的轮廓不对称性或线翼旋转测定磁场梯度的方法。我们利用斯托克斯参数转移方程的数值解,对磁敏线FeIλ6302.499计算“o”或“e”轮廓的不对称量及线翼旋转量与磁场梯度的关系,用自己的黑子光谱观测资料进行验证,并探讨这一方法的适用范围。此外,本文还讨论磁场梯度的存在对磁象仪观测资料的可能影响。     

太阳磁敏谱线的研究

本文综合介绍作者及其合作者们对太阳磁敏谱线的一系列研究结果。主要内容是在对磁敏谱线的Stokes参数转移方程组所得数值解的基础上,从下述诸方面研究太阳光谱磁敏线:(1)Stokes参数轮廓,(2)温度敏感度,(3)磁场增强量,(4)形成深度,(5)塞曼支线与Seares公式,(6)单色像,(7)不对称性与黑子磁场梯度,(8)与Alfven波的关系,(9)磁光效应,(10)由磁敏谱线的Stokes参数轮廓推求向量磁场信息的方法。最后,在“结束语”中对磁敏谱线研究的现状和今后趋势,提出一些概括性的意见。     

空间分辨率对磁场无力性判断的影响

在以往工作定量地分析磁场观测局限性(视场大小、灵敏度、噪声)对磁场无力性判断的影响基础上,探讨了磁图空间分辨率对磁场无力性判断的影响.发现:在理想无噪声情况下,改变磁图的空间分辨率对磁场无力性判断的影响很小;而当实际存在噪声时,与一般直觉相反,适当地降低空间分辨率以压制白噪声,反倒可以通过降低噪声对磁场无力性判断的影响而有效地提高磁场无力性判断的准确度.这一发现为如何有效使用观测磁图来正确判断太阳磁场无力性提供了理论依据和有益指导.     

太阳宁静区小尺度磁场的二维功率谱(英文)

以1988年9月5日北京天文台怀柔太阳观测站高分辨率和高灵敏度磁强图为基础,首次给出了对一太阳宁静区小尺度磁场空间分布的二维功率谱。 尽管从总体上,功率谱的分布呈现从低频分量向高频分量迅速衰减的趋势,但是,反映小尺度磁场分布的不同尺度空间周期性的分离的尖峰,是功率谱的最主要特征。 本文的主要结果可概括为下列两点: (1)太阳宁静区的磁通量不仅凝聚在分离的、具有相对较强磁通量密度的磁结构内,而且磁结构的空间分布也呈现分离的尺度不同的周期。 (2)小尺度磁场空间分布的最显著的周期,具有超米粒的空间尺度。这与以往磁对流理论与有关观测结果相一致。在功率谱中,还可以证认相应于亚超米粒,及亚超米粒和超米粒之间尺度的空间周期的大量尖峰。这是本文首次得到的。 包含更多观测资料的进一步工作是必须的,特别是获得对同一宁静区的速度场和磁场同时性的二维功率谱,对研究磁场和对流速度场的相互作用是有重要意义的。观测的功率谱与理论预测谱的比较,将有助于理解太阳光球分离磁结构形成的物理过程。     

发生在活动区11931附近的重复喷流

根据SDO/AIA(Solar Dynamics Observatory/Atmospheric Imaging Assembly)2013年12月25日到26日的171?A观测,发现在活动区NOAA 11931西南同一区域连续发生了一系列同源喷流事件,选取了其中的12次比较典型的喷流作了分析研究.与大部分喷流有关的磁场结构在抛射的过程中都有明显的解缠运动,少部分的几个没有.有的喷流的过程可以分为两个阶段:慢速无解缠抛射阶段和快速解缠抛射阶段.有的喷流在发生前,观测到有亮点沿着磁拱底部从远离喷流的一端向靠近喷流的一端延伸,而在喷流过程当中,靠近磁拱底部的区域有两部分磁力线同时在做旋转运动.在最后一次喷流过程中,喷流底部的磁结构东南端有两个磁拱先后出现,同时在西北端有一个小磁环浮现出来.对比SDO/HMI(Helioseismic and Magnetic Imager)的视向磁图发现,大约在第1次喷流出现之前4 h,一对正负磁极从有关磁结构的底部浮现,并且在整个喷流事件过程中一直在上浮.虽然在这12次喷流发生前后底部磁场整体上是浮现的,但是具体到每个喷流底部磁场的变化也不尽相同,有的喷流底部的磁拱附近磁场既有浮现过程又有对消过程,而有的喷流底部磁场附近只有明显磁浮现或者磁对消过程.     

激光驱动亥姆霍兹电容线圈靶磁重联实验的数值模拟

激光驱动亥姆霍兹电容线圈靶的磁重联实验已经提出并进行了多年.当实验中的金属板被强激光照射时产生自由电子,这些自由电子的运动在连接两金属板的两个平行线圈中产生电流,由两个平行线圈内部电流产生的磁场之间随即发生重联.该实验不同于其他直接由Biermann电池效应所产生高β(等离子体热压与磁压的比值)环境下的磁重联实验.对该类实验进行了3维磁流体动力学数值模拟,首次展示了亥姆霍兹电容器线圈靶如何驱动磁重联的过程.数值模拟结果清楚地表明,磁重联的出流等离子体在线圈周围发生与实验结果相一致的堆积现象.线圈电流产生的磁场可高达100 T,使得磁重联区域周围的等离子体β值达到10^-2.与实验室结果进行比较,数值模拟重复了实验展示的大多数特征,可有助于深入认识和理解实验结果背后的物理学原理.     

质子耀斑与黑子磁场结构之间的关系

将黑子群磁场结构简单地分为两类:一类为正常的,另一为“异常”的.所谓正常磁结构指的是黑子群具有熟知的正常偶极群的典型特征——前导黑子在低纬,全群大致沿赤道方向排列,其极性与所在半球按规则应有的极性相同;“异常”磁结构指黑子群具有与正常磁结构不同的异常特征.对20周(1964.10—1972.12)期间质子耀斑的研究表明:85%的质子耀斑在它发生的前1～3天,对应黑子群磁场结构为“异常”的.在1969～1970年间“异常”磁结构黑子群占黑子群总数的14%.而磁结构复杂的 A 结构、δ型虽有较高的质子耀斑产率,但它们只占有12%和46%的质子耀斑.因此,区分出“异常”磁结构黑子群对质子耀斑的预报和机制研究可能是有意义的.     

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。     

磁扩散率的随机不均匀分布对增大湍流磁扩散率的作用

在太阳物理学中,磁场的湍流扩散过程一般被认为是如同烟、热和流体中其他物理属性被湍流扩散一样的过程。但这种基于湍流的运动特性而得到的湍流磁扩散率还不能很好地与太阳观测事实与湍流理论相符合。 本文提出,如果在磁流体中存在着磁扩散率的随机分布不均匀,则从磁场的扩散万程中可以看出,由这一不均匀而形成的磁扩散率梯度会使磁力线弯曲,即把平均磁场扩散成湍流磁场,从而增大了磁扩散率的数值。这种效应是在小尺度范围内对湍流磁扩散率增大起着决定性的作用。     

X级耀斑过程中的磁剪切变化(英文)

通过对活动区NOAA 6891中三个X级耀斑前后的向量磁场分析 ,研究耀斑发生条件与耀斑发生前后横向磁场和磁剪切变化的关系。我们发现与Hagyard的耀斑发生条件不同的是 ,强的横向磁场和磁剪切不是活动区中耀斑发生的充要条件。我们的结果表明 ,活动区NOAA 6891 1 991年 30日的耀斑发生在横向磁场和磁剪切剧烈下降后。尽管 1 0月 2 7日的耀斑发生后横向磁场和磁剪切变化很大 ,但由于有新磁流浮现 ,造成磁中性线的改变 ,使得横向磁场和磁剪切变化与耀斑发生的联系变得比较复杂。     

X线耀斑过程中的磁剪切变化

通过对活动区ＮＯＡＡ６８９１中三个Ｘ线耀斑前后的向量磁场分析,研究耀斑发生条件与耀斑发生前后横向磁场和磁剪切变化的关系。我们发现与Ｈａｇｙａｒｄ的耀斑发生条件不同的是,强的横向磁场和磁剪切不是活动区中耀斑发生的充要条件。我们的结果表明,活动区ＮＯＡＡ６８９１ １９９１年３０日的耀斑发生在横向磁场和磁剪切剧烈下降后。尽管１０月２７日的耀斑发生后横向磁场和磁剪切变化很大,但由于有新磁流浮现,造成磁中性     

磁云传播的动力学演化过程研究进展

磁云因其独特的磁场结构经常是重大灾害性空间天气的驱动源.近来从磁云的边界层结构、环向通量、大尺度结构等方面关于磁云传播的动力学演化过程的研究取得了一些进展.在磁云边界存在一个由于磁场重联而形成的边界层结构.在磁云传播过程中,这种发生在边界处的磁场重联可能会把磁云的磁场剥蚀掉,进而引起其磁通量绳结构环向通量的减少以及不对称.在磁云内部,经常会观测到多个子通量绳结构.这些特性各异的子通量绳可以通过磁场重联而合并,进而引起磁云磁结构的改变.关于磁云大尺度磁场拓扑位形的演化机制,除了较早提出的交换重联外,目前的研究表明在行星际空间中,磁云边界处的重联过程也可以将磁云闭合或半开放的磁场线打开或断开.尽管在相关研究中已经取得了较大进展,但关于磁云传播的动力学演化过程还有许多问题尚不清楚.在行星际小尺度磁通量绳边界也发现了边界层结构,那么磁云是否会因剥蚀而成为小尺度通量绳?磁云内子通量绳结构在相互作用中会不会引起某些不稳定性而导致整个通量绳系统的崩溃?这些问题的解决还有待于进一步的理论、观测和数值模拟研究.     

磁云传播的动力学演化过程研究进展

磁云因其独特的磁场结构经常是重大灾害性空间天气的驱动源. 近来从磁云的边界层结构、环向通量、大尺度结构等方面关于磁云传播的动力学演化过程的研究取得了一些进展. 在磁云边界存在一个由于磁场重联而形成的边界层结构. 在磁云传播过程中, 这种发生在边界处的磁场重联可能会把磁云的磁场剥蚀掉, 进而引起其磁通量绳结构环向通量的减少以及不对称. 在磁云内部, 经常会观测到多个子通量绳结构. 这些特性各异的子通量绳可以通过磁场重联而合并, 进而引起磁云磁结构的改变. 关于磁云大尺度磁场拓扑位形的演化机制, 除了较早提出的交换重联外, 目前的研究表明在行星际空间中, 磁云边界处的重联过程也可以将磁云闭合或半开放的磁场线打开或断开. 尽管在相关研究中已经取得了较大进展, 但关于磁云传播的动力学演化过程还有许多问题尚不清楚. 在行星际小尺度磁通量绳边界也发现了边界层结构, 那么磁云是否会因剥蚀而成为小尺度通量绳? 磁云内子通量绳结构在相互作用中会不会引起某些不稳定性而导致整个通量绳系统的崩溃? 这些问题的解决还有待于进一步的理论、观测和数值模拟研究.     

磁塌缩不稳定与自生间歇磁流

太阳和天体物理吸积盘中的场是一种空间间歇的磁流。在整个太阳上都可发现这种间歇磁流片，其中光球上90%以上的磁流呈现为强场形态，其强度为0.1-0.2T，大小为50-300km；在吸积盘中，已知脉动磁场比宏观磁场强几个数量级。磁场的重联湮灭，导致在薄电流片区形成小尺度的磁环胞以及同涨的横等离激元。磁流和等离激元之间的非线性相互作用引起自类似塌缩，形成更为空间间歇的塌缩的磁环元胞。而横等离激元诱发的自生磁场具有调制不稳定性，导致磁场塌缩，形成高度间歇的磁流。分别在磁流力学和等离子体动力论两种情况下，分析了这种磁塌缩不稳定性，并用于解释太阳上的间歇磁流以及寻求天体物理吸积盘中的反常粘滞。     

利用双视角消除太阳矢量磁场观测中的180◦不确定性

随着"环日轨道器"(Solar Orbiter, SO)的在轨运行,太阳磁场观测进入了双视角遥测的时代.对利用太阳磁场的双视角观测改正矢量磁图中存在的横场(垂直于视线方向的磁场分量) 180°不确定性进行了模拟,首先模拟了对解析解得到磁图的双视角观测,然后利用"日震学和磁学成像仪"(Helioseismic and Magnetic Imager, HMI)在不同时间观测到的一个老化黑子的磁图模拟了双视角观测.发现要改正一个磁图中横场方向的180°不确定性,在观测上只需要另外一个平行于视线方向的磁场即纵向磁场观测的协助.利用HMI的磁场观测模拟,估算显示30°的张角能够改正50 Gs磁场中的180°不确定性.更大的张角虽然更有利于更弱磁场的改正,但是考虑到投影效应的不利影响, 30°左右的张角应该是未来空间设备进行多视角观测太阳磁场的最佳张角.