太阳不同尺度磁活动的观测研究

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太阳上磁场无处不在,驱动着各种尺度的磁大气活动。本论文利用最新的空间观测,以磁场为主线,对太阳上不同性质区域(宁静区、冕洞和活动区)中多尺度的活动现象展开观测研究。论文第一章对太阳磁场的研究现状和问题进行了回顾,第二章介绍了观测和数据分析方法,第三到第五章是作者多尺度磁活动研究中的原创性工作。基于高时空分辨率的数据,诊断了磁场对色球振荡性质的决定作用,为研究色球加热机制提供依据;利用最新的空间观测,系统分析了产生第24活动周第一个X级耀斑的活动区中的磁非势性,揭示其与耀斑的联系过程;首次发现耀斑后环系统中存在暗环结构,并给出其性质特征,为耀斑的理论模型提供新的观测事实。作者在研究生阶段的工作主要有以下三个方面:  色球振荡作为一种普遍存在的波动现象,可能是色球加热的原因之一。对冕洞区色球振荡研究较少,本工作研究了冕洞区的色球振荡,并与宁静区进行比较,以详细探讨磁场性质对色球振荡的影响。我们综合太阳过渡区与日冕探测器(TRACE)空间观测数据和美国大熊湖天文台高质量磁场观测,运用多种数据分析方法,对2004年9月14日和16日日面上的一处宁静区和一个冕洞区域的色球振荡进行了测量和分析。结果显示冕洞区网络亮点和极弱磁场区域的平均振荡周期分别为257秒和222秒,而宁静区网络亮点和极弱磁场区域的平均振荡周期分别为225秒和212秒。无论是冕洞区还是宁静区,网络亮点的振荡周期要长于极弱磁场区;而同样是网络区亮点,冕洞区的振荡周期要比宁静区长14%。本工作揭示了磁场的强弱和构型对色球振荡的性质有一定的影响。  最新的空间观测数据为研究复杂活动区的磁非势性提供了很好的机会。磁非势性是活动区磁能积累和释放的一种重要描述,与耀斑、日冕物质抛射等爆发活动关系密切。本文基于太阳动力学天文台(SDO)的高时空分辨率矢量磁场数据,针对第24太阳活动周第一个X级耀斑相关的复杂活动区11158,分析计算其中五种非势性参量,探讨非势性变化与耀斑的关系。结果发现:(a)源场中的漩涡结构是水平磁场方向偏离势场的直接反映,是黑子旋转造成活动区非势性增加的一个证据;(b)在磁中性线附近存在两个方位角变化显著的区域,其变化率分别为1.3和3.6度/小时,伴有强烈的磁对消和磁合并,意味着耀斑中磁场拓扑结构的重构过程。(c)该活动区的四个主要耀斑初发区域的电流螺度,在耀斑期间均出现快速增长,而其后的回落过程,两个较大耀斑(X2.2、M6.6)用了3-4小时,两个较小耀斑(M2.2、M1.6)只用了不到两小时,暗示了强耀斑过程中重构后的磁场恢复更慢。  在耀斑与磁非势性研究基础上,利用SDO高空分辨率的极紫外多波段观测,我们首次发现耀斑后环系统中存在紫外暗环结构。本工作选取复杂活动区11429中的两个X级耀斑的耀斑后环进行分析研究。耀斑后环中暗环比亮环暗却比背景区域亮,而且耀斑后环中暗环结构的亮度随整个活动区X射线亮度减弱而减弱。此种耀斑后环暗特征在所有7个SDO极紫外波段均可见,但位置略有差别。我们统计了120根暗环基本特征,测得暗环的平均宽度约为435km,平均寿命为10.0±5.5分钟;观测到暗环中物质冷却和下落过程,其平均下落速度为76±19km/s。这些结果为耀斑磁重联理论模型提供了新的观测证据。
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