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.     

连接太阳和地球的磁脉

太阳是距我们最近的一颗恒星。除了可见光以外。长期以来,科学家们相信,在地球和太阳之间还一定有着某种联系。观测发现,太阳每时每刻往外喷射着高速带电微粒流——也称为等离子体流,人们已习惯地称其为“太阳风”。它有时伴随着日冕物质抛射十分强劲。产生名副其实的“太阳风暴”。当太阳风暴袭击地球时,幸亏有地球磁层作为天然防线,人们才得以安然无恙。     

一米新真空太阳望远镜光谱扫描观测系统设计

1 m新真空太阳望远镜(New Vacuum Solar Telescope,NVST)是国内用于对太阳进行观测和研究的大型科研设备,针对太阳活动区光谱观测的需求,在现有的大色散光谱仪及多波段光谱仪基础上,设计了光谱扫描设备,并基于C#设计了一套观测控制系统软件,实现扫描设备的运动控制和观测数据的采集。进行光谱扫描观测时,计算机控制扫描设备步进运动,并利用图像采集卡通过Camera Link总线采集CCD/CMOS相机的探测数据,基于多线程技术采集观测数据,将采集的图像数据存储成FITS(Flexible Image Transport System)文件,并将光谱图像数据处理成灰度图像用于软件界面监视。此套软件已用于1 m太阳望远镜光谱扫描观测,测试结果满足预期功能需求,为后续观测系统功能升级提供了良好的扩展性。     

紫金山天文台55 yr手绘黑子数据系统差分析

对紫金山天文台(简称紫台)自1954年至2011年共55 yr的手描黑子图进行了数字化.将紫台太阳黑子相对数(PRSN)和黑子群数(PGSN)与国际太阳影响数据分析中心(SIDC)中的对应数据(月平均太阳黑子相对数(IRSN)和月平均黑子群数(IGSN))进行对比研究,发现:(1)紫台黑子数据与SIDC黑子数据有很强的正相关性,说明紫台黑子数据的可靠性;(2) PRSN和IRSN、PGSN和IGSN的系统偏差分别处于7%左右、5%左右,紫台数据与SIDC数据在活动周的极小期的差异性显著大于极大期;(3)紫台的视宁度从1995年开始变差,直接导致了PRSN (PGSN)与IRSN (IGSN)的比值明显变大,表明视宁度的变化影响了紫台黑子的观测质量.     

太阳的立体观测

美国国家科学院最近在一份特别报告中警告称,2012年太阳将进入新一轮活跃期,2012年9月,地球可能将面临一场“超级太阳风暴”的袭击,一旦这种情况发生,到时地球上的许多地方都将看到以前只有在南北极才能看到的明亮极光。     

1m新真空太阳望远镜成像系统观测数据干涉条纹特性分析及消除方法

抚仙湖1 m新真空太阳望远镜(New Vacuum Solar Telescope,简称NVST)是我国新一代地基太阳观测设备之一,其中Hα成像系统是进行太阳色球观测的主要终端.实测Hα观测数据(特别是偏带观测数据)中明显存在由薄膜干涉引起的等厚条纹,而常规平场校正有时无法将其消除,并在后期图像高分辨率重建过程中造成严重影响.为了解决这个问题,利用连续4 h的Hα偏带观测数据对干涉条纹的空间和时间分布特性做了分析并发现:干涉条纹的间距或二维空间分布样式随时间固定不变,但条纹的强度随时间变化明显(4 h左右可见度增加9倍),是导致常规平场校正无法将其消除的主要原因.由此推断造成上述时变特性的主要原因是观测过程中入射光的强度以及入射光与CCD靶面位置的相对角度随时间发生了变化,而且产生条纹的薄膜结构与靶面位置距离较近.尝试了两种降低条纹可见度的方法.首先对探测器(pco.4000型CCD)光敏介质的前封窗进行了改造,通过改造前封窗楔角至2?的方案来调制条纹间距至CCD像元尺度,改造之后小范围视场内可识别出可见度仅为0.6%的少量干涉条纹.其次基于图像滤波技术提取干涉条纹图样并生成所谓条纹平场,分别采用和比较了频域傅里叶变换滤波和空域中值滤波两种方法,结果基本相同.观测数据再次进行条纹平场校正之后,条纹消除效果明显:可见度可降低8倍左右(即由之前的4.7%降低为0.6%以下).同时也指出多幅图像的积分(累加)可以有效降低精细太阳结构在条纹平场提取中的影响,并给出累加时间的经验值约为20 min.     

虚拟太阳天文台及其发展

伴随着太阳物理研究的深入、观测仪器的发展、观测数据的积累,促使人们去思考这样一个问题:如何使研究者能够方便地检索、分析和使用在不同时间、不同地点、不同波段上观测得到的大量与太阳有关的数据,从而能探索更多悬而未决的科学谜题。这就是虚拟太阳天文台(VSO)项目被提出后得到有关天文台、研究所和大学积极响应并迅速投入运作的原因所在。介绍了虚拟太阳天文台的由来、作用、采用的技术和发展状况等。     

太阳精细结构望远镜塔体高度的确定

本文报告了1978年12月-1979年2月我们在本台太阳观测区对地面不同高度所进行的温度脉动测量和太阳光学观测对比结果。结果表明,该地点是一个良好的太阳光学观测地点,适合建立太阳精细结构望远镜观测室。详细结果见表Ⅴ(二)、Ⅵ(二)。通过对上述两项观测结果的分析,确定了太阳精细结构望远镜塔体的高度为15m。此外,在本观测期问对该地点的太阳宁静度状况有了进一步的了解(详见4.资料的分析与比较)。最后,对我们进行的这项工作及今后太阳观测点的选址提出了一些改进的意见和建议。     

蒙城太阳射电频谱仪的定标

太阳射电爆发的动态频谱观测是研究太阳活动的重要手段之一.基于对2015年8月27日蒙城太阳射电频谱仪(Mc SRS)所观测得到一个M2.9级太阳耀斑光变特征的分析,发现由于仪器电子学上的问题,传统定标方法给出的结果并不理想.利用日本野边山的射电偏振仪(NoRP)/射电日像仪(NoRH)以及地球静止轨道环境业务卫星(GOES)的观测数据,结合有关辐射机制可以对定标方法进行改进.和传统的定标方法相比,改进后的定标结果和NoRP/NoRH的观测结果显示出更好的相关性,更好地揭示了耀斑射电频谱的演化规律.     

2840MHz太阳射电辐射流量计的升级改造

叙述了国家天文台升级改造后的2 840 MHz太阳射电辐射流量计的设计特点、性能、结构及观测结果。升级改造后的太阳射电辐射流量计将在较高时间分辨率上实时得到2 840 MHz频率上的太阳流量,为太阳物理研究积累丰富的观测数据,是太阳活动监测和预报的重要参数之一。     

MUSER可见度数据积分方法与实现

射电观测是研究太阳活动的重要探测手段。我国明安图射电频谱日像仪(Mingant U Sp Ectral Radioheliograph,MUSER)主要用于研究太阳爆发活动初始能量释放区的物理过程,其观测将在太阳射电成像开辟一个新的窗口。成像处理是数据处理的重要组成部分,如何提高成像质量是当前数据处理的研究重点。首先介绍了射电干涉成像的基本理论,随后分析了对观测得到的可见度数据积分的必要性,细致讨论了短时段可见度数据叠加求平均和长时段UV覆盖叠加两种积分方法,并给出了完整的实现。通过实现代码与实验验证,两种积分均可以有效提高信噪比,图像质量明显提高。     

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。     

ASO-S卫星工程LST爆发模式触发和终止方案

先进天基太阳天文台(ASO-S)是计划于2021年底或2022年上半年发射的中国首颗综合性太阳探测卫星,莱曼阿尔法太阳望远镜(LST)作为ASO-S的有效载荷之一,具体包括莱曼阿尔法全日面成像仪(SDI)、日冕仪(SCI)以及白光望远镜(WST) 3台科学仪器和2台导行镜(GT),其主要目标是在多个波段对太阳上的两类剧烈爆发现象(太阳耀斑和日冕物质抛射)进行连续不间断的高分辨率观测.为了实现这一观测目标, LST所有仪器的观测模式中均包含了一种针对爆发事件而设置的爆发模式.该模式下, SCI将以更高的频率进行图像采集, SDI和WST则以更高的频率对爆发所在区域进行图像采集.测试结果表明,观测图像经过中值滤波、像元合并处理后,可以通过监测图像各像元亮度的相对变化提取爆发事件的时间和位置信息.这些信息将为LST观测模式间的相互切换提供重要电子学输入.     

1980年2月16日日全食昆明色球掩食观测

本文提供了八○年二月十六日在昆明观测到的太阳色球层的日全食掩食过程。文中给出太阳可见面上各活动对象(包括黑子、谱斑、暗条、日珥等)的月掩时间,它们是射电观测、电离层观测以及日全食各项光学观测资料分析研究的重要依据。     

明安图射电频谱日像仪图像的强度定标方法

明安图射电频谱日像仪(Mingantu Spectral Radioheliograph, MUSER)能够在0.4--15GHz超宽频带内实现高时间、高空间、高频率分辨率的太阳射电成像. 而射电亮温度是描述太阳物理过程的一个重要的参数, 在研究不同射电辐射机制、太阳磁场以及太阳爆发过程中非热粒子加速等问题上有着非常重要的作用, 因此必须对MUSER观测的图像进行亮温度定标. 将介绍一种适用于射电日像仪图像强度定标的方法. 太阳射电图像中包含着太阳圆盘的结构信息, 利用射电日像仪短基线的可视度函数拟合第一类贝塞尔函数, 可以得到图像中宁静太阳圆盘的射电半径和强度, 再利用瑞利-金斯定律和每天的太阳射电流量可以计算得到每天图像的定标因子$G_c$, 从而实现对MUSER图像强度的定标. 将该方法应用到MUSER的实际观测数据中, 包括宁静太阳和有太阳射电爆发等不同的情况, $G_c$的误差基本不超过10%, 得到的宁静太阳亮温度与其他宁静太阳的结果具有较高的相关性, 表明了此方法的可行性和有效性.     

何时太空飞行更安全？

2012年1月23日,太阳上爆发了X射线级别为H9的大耀斑,同时产生了日冕物质抛射。此次太阳活动引起的太阳风暴向地球方向迅猛袭来,是自2005年以来最大的一次。射向地球的太阳风暴物质一般包含高能质子、电子、强电磁辐射和磁等离子体等。其中高能带电粒子的速度会非常大,会在一天之内来到地球,慢一些的带电粒子在随后几天内会接连袭击地球。     

NVST多通道成像观测系统的数据同步采集

为了在1 m红外太阳望远镜多通道高分辨率成像观测系统中实现多个波段太阳图像的同步高分辨率统计重建,需要1 m太阳望远镜多个观测通道图像采集系统同步。研究了如何采用CCD相机外触发工作模式、计算机PCI总线硬件中断技术和全球定位系统时间相结合实现1 m太阳望远镜多个观测通道图像的同步采集,并在现有的Hα和Ti O两个成像观测通道上搭建实验平台。通过一系列的波形时序测试,数据记录和分析等实验证明本文所采用的这一数据同步采集技术能满足1 m太阳望远镜多个观测通道图像的同步采集要求。     

太阳射电爆发中准周期振荡的研究

自从快速连续采样在太阳射电观测中实现以来,太阳射电爆发资料的研究价值大大提高。如太阳射电尖峰辐射(spike)的存在、用付里叶变换的方法进行准周期振荡的研究等目前在太阳物理研究中存在着争论的问题,可用观测事实加以验证。 1989年5月3日我们取得了一组与X2/3B耀斑共生的spikes及同年8月17日与环珥、HXR、SID对应的射电分米波爆发现象,其射电爆发寿命均大于10分钟。前者的形     

基于LabVIEW的双通道太阳射电频谱观测系统设计

太阳射电爆发是太阳耀斑和日冕物质抛射等爆发过程的重要表现形式,是卫星通信和导航系统、地面电网系统、人类生活环境的潜在影响因素之一。对太阳射电爆发的监测与研究不仅可以预报空间天气,还可以作为太阳物理的研究工具。介绍了基于LabVIEW平台设计开发的双通道高速太阳射电频谱观测系统,针对太阳射电爆发具有随机性和持续时间短、变化快的特点实现对太阳射电爆发的监测。系统采用高速信号采集卡以1.5 GS/s的速率进行信号采集,系统时间分辨率可达4 ms,频率分辨率达45.776 4 kHz。采集的信号经过快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform, FFT)功率谱分析处理后输出显示其频谱图和瀑布图,得到太阳射电爆发的频率、强度以及持续时间等信息。观测数据利用文件传输协议(File Transfer Protocol, FTP)上传至服务器,实现存储资源的优化,观测数据的共享。该系统集成度高,可以应用于分析澄江抚仙湖观测基地11 m太阳射电望远镜输出的70～700 MHz信号。     

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。