太阳耀斑的多波段光谱分析

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耀斑是太阳大气中最剧烈的爆发现象之一。众所周知,耀斑的发生是源于日冕中的磁重联。在耀斑过程中,大量的能量在日冕中释放,并且沿着耀斑环通过热传导或非热电子束向下传播到色球大气。当加速的电子沿着磁力线向下做回旋运动时,它们通过回旋同步加速辐射产生微波射电发射;当电子轰击色球大气并与周围的等离子体碰撞时,它们通过韧致辐射产生硬X射线发射。另一方面,色球层的等离子体受到加热而向上膨胀并充满耀斑环,产生软X射线发射;当耀斑环渐渐冷却时,产生远紫外和光学发射。因此,在耀斑的整个过程中,处于不同高度的耀斑大气会产生从射电、光学到X射线甚至γ射线的很宽波段范围内的辐射。这使得耀斑的多波段光谱分析变得非常重要。 南京大学太阳塔的成像光谱仪可以同时记录耀斑的Ha和Ca Ⅱ8542 A线的二维光谱数据。利用二维光谱,我们可以计算出耀斑区视向速度和谱线宽度等物理量及其它们的分布,有助于区分能量从日冕到色球的传输机制。色球谱线轮廓本身的特征,如加宽、不对称性、线心反转等也提供了非热电子的信息。因此,耀斑的光谱研究一直是一个很重要的课题。本论文在二维光谱数据的基础上,综合其他空间和地面的观测资料,对三个耀斑事件做了多波段光谱分析,包括两个双带耀斑(2001年10月19日X1.2级和2003年10月26日X1.2级)和一个致密耀斑(2001年3月10日M6.7级),后者也是一个白光耀斑。 本论文的安排如下:第一章,我们简要地介绍了耀斑的基本知识,包括耀斑的分类,基本观测特征,标准的双带耀斑模型,耀斑大气的模型和一些地面和空间的观测仪器等。第二章,我们分析了2001年10月19日耀斑。这个耀斑主要的发现是,视向速度的极大值倾向出现在耀斑带的外边缘。耀斑带的外边缘是重联产生的新环的足点。这个结果提供了耀斑过程中磁重联持续发生的证据,与双带耀斑标准模型的理论图像一致。第三章,我们分析了2001年3月10日白光耀斑。一个重要发现是,白光发射主要分布在一个小黑子区域,比耀斑前增强4-6%,导致黑子几乎消失3分钟。除此以外,这个黑子区的正负磁通量都经历了巨大的变化。我们提出,非热电子轰击和向下辐射致热机制在这个黑子的加热中起了重要作用。我们估计了黑子大气温度极小区需要升高的温度和相应的能量,发现一个典型白光耀斑释放的能量足以加热黑子大气。第四章,我们分析了2003年10月26日耀斑。在这个耀斑中,也发现了非热特征在耀斑带外边缘最明显这一现象。另外一个有趣的发现是,在一个核块中Hα谱线呈现蓝不对称性。与以前的观测不同,它的发生时间是在耀斑的脉冲相,谱线轮廓可以用双高斯函数拟合。拟合的结果表明,蓝翼在2.0(A)处的发射最强。这个核块沿着耀斑环迅速向上运动。我们分析认为,这是爆发性色球蒸发导致的物质向上运动,因此这个事例第一次提供了耀斑辐射动力学的观测证据。第五章,我们总结了工作的主要内容和结果,并对未来耀斑的研究做了一些展望。
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