本文關鍵詞：太陽耀斑大氣動力學的觀測和模擬

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【摘要】：太陽耀斑是發(fā)生在太陽大氣中的一種劇烈的活動現(xiàn)象,發(fā)生的時標約為幾分鐘到幾十分鐘。耀斑過程涉及能量釋放、等離子體加熱、粒子加速、物質運動、波動等現(xiàn)象。耀斑爆發(fā)能夠釋放出大量的能量,所發(fā)出的輻射基本覆蓋了電磁波的所有波段。耀斑發(fā)生通常還會伴隨日冕物質拋射(CME),從而對空間和地球環(huán)境造成影響。 目前我們對耀斑過程的理解還很不足,其中的一些關鍵問題仍待解決,包括：耀斑能量是在何時、何地被釋放?釋放過程持續(xù)了多長時間?能量釋放的主要形式是什么?耀斑大氣對能量釋放又是如何響應的?為此,我們針對這些問題,對耀斑大氣等離子體的加熱和動力學演化進行了詳細的研究。我們首先對耀斑的研究歷史作了概述(第一章),并介紹了相關的觀測儀器(第二章)和計算模型(第三章),然后用光譜數(shù)據(jù)分析了耀斑中的色球蒸發(fā)過程(第四章)�；谏蛘舭l(fā)的研究結果,我們進一步探究耀斑的加熱過程。我們采用由觀測限制的加熱函數(shù)對兩個耀斑環(huán)進行了模擬(第五章),得到的模擬結果與觀測結果基本符合。在此基礎上,我們又模擬了兩個不同的耀斑環(huán)系統(tǒng)(第六章),其中的加熱時標有很大的不同,由此產(chǎn)生了不同的動力學效應。具體內容如下： 我們用Hinode/EIS的光譜數(shù)據(jù)研究了2007年1月16日耀斑的色球蒸發(fā)過程。仔細分析了耀斑帶上的三個點,其中第一個點位于正的磁極區(qū),第 三個點位于負的磁極區(qū)。我們發(fā)現(xiàn)在耀斑脈沖相,這三個點表現(xiàn)出不同的物質運動：在第一個點處,大多數(shù)譜線都呈現(xiàn)藍移,其中高溫譜線的藍移分量相對其靜止分量占主導；在第二個點處,只能探測到較弱的向上運動(upflow),相反,高溫譜線(形成溫度為2.5-5.0MK)都表現(xiàn)出顯著的向下運動(downflow);第三個點和第二個點的情況類似,只是物質向下運動時出現(xiàn)多個速度分量。第二、三個點處的向下運動可解釋為色球壓縮的證據(jù)。這三個點表現(xiàn)出了不同的色球蒸發(fā)類型：溫和式色球蒸發(fā)和爆發(fā)式色球蒸發(fā),表明此耀斑區(qū)域可能存在著不同的加熱機制。 我們隨后對耀斑加熱的動力學過程進行了模擬研究。我們分析了2011年2月16日的一個M1.0級耀斑。從EUV圖像可以看出此耀斑由兩個環(huán)系統(tǒng)組成,在模擬中我們將其當作兩個橫截面積為5"×5"的粗環(huán)。從光變曲線來看,先是UV1600A波段(輻射主要來自環(huán)足點)出現(xiàn)快速增亮,隨后幾個EUV波段的輻射也順次增強。這表明有能量快速沉積,耀斑環(huán)對此產(chǎn)生響應。我們運用最近提出的一個新方法,即從快速上升的UV光變曲線得到耀斑環(huán)的加熱函數(shù),再結合EBTEL模型來計算這兩個粗環(huán)中等離子體的演化。通過模型計算,我們得到了各個EUV波段的輻射,并與SDO/AIA和EIS觀測的流量作了對比。結果顯示,雖然EBTEL模型具有局限性,但是從模型得到的光變曲線與觀測的光變曲線符合得比較好：它們表現(xiàn)出相同的走勢,絕對數(shù)值也在兩倍范圍之內。此外,我們還將模型計算的焓流速度與EIS測量的多普勒速度作了對比,結果符合得也比較好。這些事實表明,這兩個不同的耀斑環(huán),從足點的UV輻射顯示了不同的加熱函數(shù),再結合不同的環(huán)的長度,最后表現(xiàn)出了不同的演化類型；而這不同的演化類型在模擬和觀測方面都得到了證實。 我們用同樣的方法分析和模擬了另一個C4.7級耀斑。從AIA的圖像我們辨認出了兩套耀斑環(huán)系統(tǒng)；EIS的光譜觀測顯示,這兩套耀斑環(huán)的足點在脈沖相時表現(xiàn)出藍移。這兩套環(huán)的演化和動力學過程非常不同：第一套環(huán)的足點先是出現(xiàn)藍移(～10km/s),持續(xù)25分鐘后轉變?yōu)榧t移；第二套環(huán)的足點出現(xiàn)較強的藍移(～20km／s),且持續(xù)了一個小時,基本伴隨耀斑的整個過程。長時間的藍移說明有持續(xù)的加熱。同時,AIA的UV1600A觀測顯示,第二套環(huán)的足點存在相隔15分鐘的兩次增亮,而第一套環(huán)的足點只有一次增亮。我們用這兩套環(huán)足點處的UV光變曲線構建加熱函數(shù),結合EBTEL模型計算了環(huán)中等離子體的演化。結果顯示,對于第一套環(huán),模型預測的EUV光變曲線與AIA的六個波段以及EIS的八條譜線的觀測都比較符合,模型計算的焓流速度與EIS測量的多普勒速度也比較一致；但對于持續(xù)加熱的第二套環(huán)來說,模型預測的低溫輻射與觀測不甚相符,另外,模型沒有完全重現(xiàn)出持續(xù)的藍移。模型與觀測的差異,一方面可能源于加熱主要集中在耀斑環(huán)足點附近,而這不能被EBTEL模型所模擬；另一方面可能源于耀斑區(qū)存在未被分辨的、而加熱率非常不同的耀斑環(huán)。
【學位授予單位】：南京大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：P182.52

【參考文獻】

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1 ;Measurements of spectral lines observed with Hinode/EIS as implications for coronal heating[J];Research in Astronomy and Astrophysics;2009年07期

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本文編號：1283521