磁通量喷发的大气响应Ⅱ.太阳附近的慢激波

日冕物质喷射的观测速度常低于阿尔芬波速的估计值而高于背景日冕声速,这说明日冕物质喷射可能在日冕中形成慢激波。本文取带赤道电流片的冕流结构作为背景,用冕流底部的磁通量喷发作为驱动机制,对日冕物质喷射触发的慢激波进行数值模拟。结果表明,电流片对激波结构有着重要影响。慢激波只出现在电流片的外部,在电流片中逐渐过渡为快激波,慢激波前方的背景磁场在快磁声波的作用下显著偏转,背景密度下降超过10％。慢激波的纬度范围有限,从电流片的外沿大约延伸到±20°,且具有凹向上方的外形。     

太阳风扰动传输模式研究进展

随着观测手段、理论模型和数值方法的发展,人们对各种太阳风扰动如日冕物质抛射,以及相关的空间天气效应的认识和理解越来越深入。为获取行星际背景磁场、背景太阳风参数和日冕物质抛射、激波等太阳风扰动的传播参数,人们建立发展了各种模式;在这些获取的参数基础上,建立了各种太阳风扰动的传播模式,从而为空间天气预报提供了必要的经验和理论模型支持。根据这些模式所研究和描述物理量的不同,将这些参数获取模式和传播预报模式分为背景磁场获取模式、背景太阳风参数获取模式、日冕物质抛射传播参数获取模式、日冕物质抛射偏转模式、日冕物质抛射(激波)传播模式以及基于三维磁流体力学的数值模拟方法,并分别概述性地总结了各种模式的特点及其用途。     

日冕亮点的观测特征和供能机制

该文通过综述相关研究成果,对日冕亮点的观测特征和供能机制进行了总结和评论.日冕亮点是发生在过渡区和低日冕的小尺度局地增亮现象,经常在X射线和极紫外波段观测到,其寿命在5～40 h之间.日冕亮点的产生和演化与双极磁场的相互作用紧密相关.对于日冕亮点的供能机制,目前主要存在三种观点:(1)磁场对消的观点,当不同极性的磁场区域相互靠近时,局地发生磁重联,并在重联区域加热等离子体,从而导致X射线和极紫外辐射的增强;(2)分隔线重联,与日冕亮点相联系的磁场结构可以形成分隔线重联位形,沿分隔线的快速磁场重联导致过渡区和日冕局地的等离子体被加热,从而产生日冕亮点;(3)光球水平运动所诱发的电流片为亮点提供了能量来源.近期研究表明,三种机制可能同时作用,为亮点提供所需的能量.     

基于MDI/SOHO合成图的全球磁场外推

用势场方法和格林函数解构造了三维日冕磁场.相关的边界条件是所观测的光球磁场以及光球上2.6个太阳半径的开放场(源表面).所用的光球数据来自高精度的MDI/SOHO观测(2″/像素,1桢/98min).这种外推方法可以用来分析太阳大事件在大尺度上的可能触发机制.作为一个例子,我们分析了活动区NOAA9077的外推日冕场,发现它们的形态与EIT/SOHO的日冕观测相符很好.结合全日面Hα演化,我们推测来自活动区9082的一次激波扰动应该是导致2000年7月14日大耀斑和日冕物质抛射的触发原因,该扰动沿着外推所得到的一个磁环系统直接传到大耀斑爆发位置.     

基于MDI／SOHO合成图的全球磁场外推

用势场方法和格林函数解构造了三维日冕磁场，相关的边界条件是所观测的光球磁场以及光球上2.6个太阳半径的开放场（源表面），所用的光球数据来自高精度的MDI/SOHO观测（2″/像素，1桢/98min），这种外推方法可以用来分析太阳大事件在大尺度上的可能触发机制，作为一个例子，我们分析了活动区NOAA9077的外推日冕场，发现它们的形态与EIT/SOHO的日冕观测相符很好，结合全日面Ha演化，我们推测来自活动区9082的一次激波扰动应该是导致2000年7月14日大耀斑和日冕物质抛射的触发原因，该扰动沿着外推所得到的一个磁环系统直接传到大耀斑爆发位置。     

在重力分层、密度陡降的恒星大气中扰动的传播

本文研究了在重力分层、密度陡降的恒星大气中扰动的传播,得到的结果十分不同于绝热假设下推得的结果。指出运动模式对恒星大气中扰动的传播和激波形成的高度颇为重要。我们的计算表明,光球下的小扰动不能不受行扰地向外传播并形成激波。因此不能把色球和日冕的加热笼统地看成是对流层的声波和磁流波所耗散的结果,很可能是起源于光球之上不同高度的扰动。     

对地日冕物质抛射研究

日冕物质抛射，作为太阳大气中频繁发生的极为壮观的活动现象，越来越受到太阳物理学家的关注。其中一类特殊的抛射事件－－对地日冕物质抛射，通常与大的地磁暴、行星际激波和高能粒子事件相伴生，具有强烈的地球物理效应，是影响空间天气的主要因素之一。概括了对地日冕物质抛射的研究现状，重点介绍了与对土日冕物质抛射事件相联系的光球向量磁场演化的观测研究成果，并由典型事件探讨了暗条爆发、耀五等剧烈太阳活动和对地日冕物质抛射之间的密切关系，提出了尚待解决的主要问题和进一步的研究方向。     

一类偶发物质抛射事件的观测和数值模拟物理解释

研究了2000年紫金山天文台赣榆观测站观测到的在太阳上7个中小抛射事件，认为它们的特点是不伴随发亮现象，长1—2．5万公里，宽3—5千公里，寿命3—7分钟，产生在弱磁场处远离大黑子的地方，用一维沿磁弧流动的流体力学方程的数值模拟来解释这种抛射，结果显示，与Suematsu等和Shibata等模拟针状物和日浪不同，不是激波或反弹激波将光球色球密度量级的物质推向日冕，而是重联后的连续物质流动形成这类抛射的，大约5分钟的演化，即可达到流体力学稳定解。     

日冕物质抛射的偏转特性研究

日冕物质抛射(CME)是巨大的、携带磁力线的泡沫状气体,在几个小时中被从太阳抛射出来的过程。日冕物质抛射伴随着大量带电粒子和辐射的释放,这些物质进入日地空间,对日地空间的磁场造成很大扰动;当它们传播到地球附近时,则严重影响地球的磁场,产生磁暴,也对空间和地面的电子设备造成干扰。日冕物质抛射在传播过程中如果发生偏转,将影响它对地有效性。因此研究日冕物质抛射的偏转特性,对预报日冕物质抛射对日地空间的影响具有重要意义。主要利用2007年10月8日STEREO卫星的日冕物质抛射观测资料,结合全日面线性无力场模型(Global Linear Force-Free Field,GLFFF)进行磁场外推,分析日冕物质抛射偏转与背景磁场能量密度分布之间的关系,并计算日冕物质抛射的运动轨迹。通过改变无力因子α,发现当α=0.15时,计算得到的日冕物质抛射运动轨迹与实际观测的日冕物质抛射运动轨迹拟合得最好。     

平行激波加速离子的数值研究

伴随耀斑和日冕物质抛射共生的日冕和行星际快激波作为一种粒子加速机制一直是理论研究关注的热点课题.在准平行激波传播条件下,首先建立数值求解一维输运方程的方法,然后探讨加速离子分布与激波和背景等离子参数之间的关系.取扩散系数分别为常数和能量的函数、有限自由逃逸边界的计算结果表明:(1)随着加速时间的增大,高能粒子近似呈双幂律分布,低能端(3～10 MeV)谱指数逐渐从10.2减小到2.4,能谱逐渐变硬,粒子被激波加速后能量逐渐增大;(2)随着激波压缩比从2增大到4,相同时间同一能量范围的粒子能谱谱指数逐渐从3.2减小到2.2,能谱逐渐变硬,表明激波强度的增大使得加速效率增大;(3)上下游逃逸边界由5减小到2后,粒子能谱的谱指数由2.4增大到3.3,粒子的加速效率减小;(4)当粒子注入能量增大时,粒子能谱的谱指数由2.4减小到0.9,加速效率增大;(5)当扩散系数与能量成正比时,粒子能谱指数由2.2增大到4.3,能谱变软.     

磁能和磁复杂性向日冕的传输

本文讨论了从太阳光球向日冕传输磁能和磁复杂性的过程。活动日冕，作为由电磁场和粒子组成的系统，其唯一的开场表面是太阳光球。光球层等离子体的运动和磁场的相互作用，是造成磁能和磁复杂性向日冕传播的主要根源；同时，光球上的耗散过程也对日冕磁能和磁复杂性的积累有不可忽视的贡献。     

2004年1月8日活动区10537内耀斑和相关CME的分析研究

利用色球Hα线心像、TRACEUV和SOHO/EITEUV单色像、SOHO/LASCO白光日冕观测、SOHO/MDI光球磁图以及Nobeyama射电观测,对2004年1月8日日面边缘δ位形黑子群AR10537内发生的一个M1.3耀斑及相关的CME进行了初步的分析。该耀斑除了位于反极性磁场区域、覆盖部分黑子半影的两个主耀斑带外,还伴随有一个明显的远距离耀斑带,这表明有扰动能量沿大尺度日冕结构从耀斑源区向外传播。这一远区增亮处随后有EITdimming出现,表明色球蒸发导致的物质损失可能是产生日冕dimming的重要因素。另外,位于远距离耀斑带南面的一个大宁静暗条在耀斑发生后有部分消失,这可能与该耀斑导致的大尺度日冕磁场重构有关。该耀斑爆发与LASCO观测到的一个快速partialhaloCME在空间和时间上具有密切的关系,它们极可能是相同磁场过程在日冕的不同表现,故我们将此耀斑及与之伴随的日冕dimming认证为这一CME的日面源区。     

激变射电源中偏振角快速旋转的解释

在许多激变射电源(Blazar天体)中,观测到一种非常特别的现象,即偏振角的快速旋转.在相对论喷流的框架下,这种偏振角的旋转可以用双成分模型来解释.在这个模型中,一个成分是作为背景喷流本身的辐射,是恒定不变的成分;另一个成分被认为是沿喷流传播的相对论性激波,它产生变化的流量和偏振.这两个成分的偏系辐射的叠加可以产生观测到的偏振角旋转。本文讨论了三个激变射电源(BL Lac,AO0235+164,0727-115)中发生的偏振角旋转.结果表明,用相对论喷流-激波双成分模型可以很好地拟合观测到的偏振角旋转、偏振度和流量变化。说明射电激变源中出现的快速偏振和流量变化可能是由于相对论激波沿喷流传播时,激波辐射区中磁场取向和有序性以及强度和电子密度的变化所引起的。     

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。     

宁静日冕和冕洞研究现状

主要论述宁静日冕洞，以及日冕加热问题的研究现状。讨论了宁静日冕的理论模型、观测模型和混合模型，以及冕洞区大气模型和太阳风加热问题。最后对计划中的日冕空间探测作了简要介绍。     

根据行星际闪烁观测(IPS)研究耀斑-激波的三维传播特性

根据1975—1982年间的43个2B级耀斑-激波事件的IPS观测资料,采用点源爆炸波在变密度、运动介质中传播的物理模型,研究了耀斑-激波在行星际空间传播的三维特性。初步结果是:(1)耀斑-激波在三维空间的传播是各向异性的,既有经度的东-西不对称性又有纬度的南-北不对称性;(2)传播最快的方向,就纬度而言,很可能是在日球电流片附近,就经度而言,则趋向于行星际螺旋形磁场方向,不大像是总在耀斑法线方向上;(3)传播的空间范围,在纬度上主要发生于±40°—±60°,在经度上却要宽得多,往往超过±90°;(4)耀斑-激波的能量随纬度分布的各向异性程度比传播距离、介质扰动速度的各向异性要显著得多,其能量主要集中在日球电流片附近大致±30°的纬度范围;(5)耀斑-激波传播的三维特性与太阳黑子活动区,日冕及冕洞的磁结构有密切关系。 由IPS观测所得到的关于耀斑-激波在经度方面的传播特性和已有的飞船观测研究结果符合较好。IPS观测是研究耀斑-激波传播三维特性的一种有效手段。     

磁通量喷发的大气响应Ⅰ.日冕物质喷射机制

本文对盔状冕流底部磁通量喷发的大气响应进行数值模拟。数值结果表明:在喷发磁场的作用下,原冕流中的物质将受到压缩并向上运动,形成高密度亮环结构,同时在环的前方出现快磁声波,在环的下方出现低密度暗区。据此我们认为,磁通量喷发可能是触发环形日冕物质喷射的一种重要机制。     

基于太阳爆发灾变模型的数值实验

在Isenberg等人发展的灾变模型基础上根据接近真实的日冕环境,通过数值实验,对磁通量绳的平衡高度对光球磁场变化的响应开展了研究.利用NIRVANA程序进行了计算.日冕的等离子密度分布采用了一个半经验的模型,模拟中包含了物理耗散.考察了:磁通量绳的平衡位置及其演化特征;参考半径的变化对磁通量绳平衡位置的影响;磁通量绳内部平衡的性质以及在磁通量绳失去平衡之后一段时间内的动力学与运动学特征.结果表明:数值实验中得到的磁通量绳的平衡态位置与Isenberg等人的理论结果有微小的偏离,但是演化特征基本一致,在临界点处系统迅速失去平衡,向爆发态演化;参考半径的变化对磁通量绳平衡位置的影响与灾变模型给出的结果基本一致;磁通量绳在随着宏观磁结构演化的同时,还通过自身的调节达到内部平衡,当磁通量绳的内部和外部平衡都实现之后,系统整体也就达到了平衡状态;在爆发态下,磁通量绳的运动特征与Lin-Forbes模型和观测给出的结果一致,并且在通量绳的前方有快模激波出现;由于数值实验中包括了耗散,爆发过程中的磁能向其他形式能量的转换非常明显.     

超新星遗迹CTB109射电半圆形形态解释

倪陈平等利用最新的压力驱动雪耙相超新星遗迹演化公式解释了CTB 109的X射线半圆形形态。东半部激波的射电辐射是由CTB 109从自由相转化到绝热相时的湍动所增大的磁场以及由这湍动和激波加速的相对论电子所产生的。而分子云中激波产生的射电辐射是由星际磁场的激波加速和激波压缩所产生的,这一部分激波产生的射电流量远远小于东半部激波产生的相同频率处的射电辐射,而且也小于Green(1984)所有银河系超新星遗迹在相同频率处的射电流量,因而观测不到,所以CTB 109具有半圆形射电结构。     

草原上的探日利器 新一代厘米一分米波射电日像仪

现在,许多科学家正专注于太阳活动的研究。研究发现磁场是太阳活动的根源,上世纪80年代我国研制成了太阳磁场望远镜,这使得中国天文学家在太阳磁场研究方面做出了世界同行公认的突出贡献。太阳黑子是强磁场区域,在这里强磁场由光球延伸至色球及日冕中。一般认为太阳活动的爆发性能量释放和粒子加速等过程发生在高层大气色球和日冕中。