本文選題：太陽(yáng)耀斑　切入點(diǎn)：磁重聯(lián)　出處：《南京大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：太陽(yáng)耀斑是太陽(yáng)大氣中突然增亮的現(xiàn)象,可在數(shù)分鐘到數(shù)個(gè)小時(shí)的時(shí)間里通過(guò)高溫等離子體和非熱粒子等釋放出高達(dá)～10~(28)-10~(33) erg的能量。一般認(rèn)為,耀斑的能量來(lái)源于日冕磁場(chǎng),因?yàn)槠渌问降哪芰吭措y以在如此短的時(shí)間內(nèi)提供耀斑所需的能量。通過(guò)所謂的'磁重聯(lián)'機(jī)制,日冕磁場(chǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)被瞬間改變,大量預(yù)先存儲(chǔ)于其中的磁能被轉(zhuǎn)化成耀斑形式的能量。在磁重聯(lián)的過(guò)程中,大量等離子體和粒子被加熱和加速,產(chǎn)生了一系列耀斑過(guò)程中所觀測(cè)到的現(xiàn)象。因此,對(duì)磁重聯(lián)的研究是耀斑研究中最重要的課題之一。在過(guò)去的幾十年內(nèi),耀斑磁重聯(lián)的基本概念被提出并在一系列的耀斑研究中被逐步發(fā)展�；谠缙诘囊哂^測(cè)結(jié)果,一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的二維耀斑模型,又稱CSHKP模型,被構(gòu)建并用于解釋耀斑的各種演化特征。但近期的一些高分辨率、多視角的耀斑觀測(cè)結(jié)果顯示標(biāo)準(zhǔn)耀斑模型在描述耀斑三維演化時(shí)存在一些缺點(diǎn)。另一方面,由于之前的耀斑觀測(cè)分辨率較低,因此耀斑過(guò)程中磁重聯(lián)的演化仍然不是很清楚,從而使得我們目前對(duì)耀斑的發(fā)生機(jī)制的理解還不夠完善。本文將使用最新的觀測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)分析太陽(yáng)耀斑中的磁重聯(lián)過(guò)程的物理特性。論文的第一章將簡(jiǎn)單介紹太陽(yáng)耀斑和磁重聯(lián)的研究背景,以及二者之間的相互關(guān)系,并且進(jìn)一步列舉出耀斑磁重聯(lián)領(lǐng)域目前存在的一些熱點(diǎn)問(wèn)題。論文的第二章將介紹觀測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)源以及觀測(cè)儀器的一些特征,同時(shí)介紹本文使用的一些主要的數(shù)據(jù)處理方法包括微分輻射度分析方法(DEM)、RHESSI圖像重構(gòu)方法、光球磁場(chǎng)外推和多視角觀測(cè)三維圖像重構(gòu)方法。在第三章中,我們對(duì)一個(gè)發(fā)生在2012年7月19日的耀斑進(jìn)行了 DEM計(jì)算。我們發(fā)現(xiàn)在耀斑過(guò)程中最高的輻射度(EM)區(qū)域位于耀斑環(huán)頂,其EM數(shù)值為～8.4 × 10~(28) cm-5至～2.5 × 1030 cm-5。該區(qū)域等離子體溫度從04:40 UT(耀斑初始相)的～8 MK一直升高到05:20 UT(耀斑X射線極大時(shí)刻)的～13 MK。我們發(fā)現(xiàn)在耀斑環(huán)頂?shù)纳戏酱嬖谝粋�(gè)高溫區(qū),其中的等離子體溫度最高達(dá)～16 MK。而在位于耀斑環(huán)頂和爆發(fā)磁繩之間的磁重聯(lián)區(qū)中,等離子體的溫度和密度要遠(yuǎn)低于其下方和上方的結(jié)構(gòu),暗示著磁重聯(lián)的主要等離子體加熱發(fā)生在重聯(lián)區(qū)之外出流區(qū)中。最后我們還分析了沿耀斑環(huán)的等離子體分布。最高溫和最高輻射度的等離子體均位于耀斑環(huán)頂區(qū)域。從環(huán)頂?shù)阶泓c(diǎn),等離子體溫度和輻射度均逐漸減小。然而,在耀斑的脈沖相階段,通過(guò)計(jì)算沿耀斑環(huán)等離子體的溫度和輻射度,我們發(fā)現(xiàn)在耀斑環(huán)的北側(cè)足點(diǎn)處的等離子體中會(huì)出現(xiàn)一個(gè)向上的凈力,可能由色球蒸發(fā)造成。在第四章中,我們通過(guò)分析一個(gè)發(fā)生在2012年7月17日的長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間耀斑進(jìn)一步探討了其中的熱能釋放和傳輸過(guò)程。在耀斑的上升相階段,通過(guò)擬合X射線譜,我們發(fā)現(xiàn)在耀斑區(qū)域存在兩個(gè)高溫等離子體源,即一個(gè)熱源(8 MKTe15MK)和一個(gè)超熱源(Te20MK)。超熱源先出現(xiàn)且位置比耀斑環(huán)頂附近的熱源高,可能是由磁重聯(lián)初始加熱的等離子體造成。超熱源中的等離子體熱能會(huì)通過(guò)熱傳導(dǎo)沿耀斑環(huán)傳輸?shù)阶泓c(diǎn)區(qū)域,并在那里加熱色球等離子體,產(chǎn)生耀斑帶增亮和色球蒸發(fā)。分析結(jié)果顯示,色球蒸發(fā)等離子體的溫度約為2-5 MK,沿耀斑環(huán)向上的運(yùn)動(dòng)速度為～20-50 km s-1。蒸發(fā)的色球等離子體在到達(dá)耀斑環(huán)頂后被進(jìn)一步加熱到～10-15 MK,并為環(huán)頂熱源注入了大部分的等離子體。通過(guò)定量估算,我們發(fā)現(xiàn)超熱源中的等離子體熱能僅為熱源中等離子體熱能的～50%,這意味著磁重聯(lián)以其他形式向外傳輸了部分能量,這部分能量最終通過(guò)加熱蒸發(fā)的等離子體在耀斑環(huán)頂沉積為熱能。在第五章中,我們利用兩個(gè)不同視角的衛(wèi)星觀測(cè)資料分析了一個(gè)耀斑事件中磁重聯(lián)的演化。極紫外成像觀測(cè)清晰地展示了兩組磁極性相反的冕環(huán)相互靠近并發(fā)生磁重聯(lián)的過(guò)程。磁重聯(lián)區(qū)附近的等離子體于是從～1 MK瞬間被加熱到≥5 MK。不久后,一組熱耀斑環(huán)(～3 MK)出現(xiàn)在高溫等離子體的下方。我們還定量分析了磁重聯(lián)的等離子體入流、出流等觀測(cè)特征。這一系列的觀測(cè)揭示了在三維空間中發(fā)生耀斑磁重聯(lián)的直接證據(jù)。在第六章中,我們分析了一個(gè)出現(xiàn)在跨赤道的大尺度四極場(chǎng)活動(dòng)區(qū)上方的X形結(jié)構(gòu)中心處的爆發(fā)活動(dòng)。這一 X形結(jié)構(gòu)在所有的AIA極紫外波段中清晰可見(jiàn),且一直穩(wěn)定存在了數(shù)天時(shí)間。由于活動(dòng)區(qū)北側(cè)的一些耀斑活動(dòng)的干擾,X形結(jié)構(gòu)開(kāi)始變得不穩(wěn)定,并于2013年10月7日的15:05 UT左右在其中心爆發(fā)出一個(gè)噴流。通過(guò)非線性無(wú)力場(chǎng)外推,我們?cè)谒臉O場(chǎng)活動(dòng)區(qū)上方發(fā)現(xiàn)了一個(gè)磁零點(diǎn)結(jié)構(gòu),其形態(tài)正好與X形結(jié)構(gòu)相一致。噴流爆發(fā)后,X形結(jié)構(gòu)中心處的等離子體溫度和輻射度分別從15:01 UT時(shí)刻的～2.3 MK和～1.2 × 1027 cm-5升高到15:36 UT時(shí)刻的～5.4 MK和～3.7 × 1027 cm-5,暗示著那里發(fā)生了磁重聯(lián)并加熱等離子體。此外,噴流爆發(fā)后,磁零點(diǎn)的高度升高了約10Mm,可能由于磁重聯(lián)打開(kāi)了部分扇面結(jié)構(gòu)上的閉合磁力線,從而使得磁零點(diǎn)上升以尋找新的平衡點(diǎn)。第七章中,我們展示了由一個(gè)伴隨M1.7級(jí)耀斑的日冕物質(zhì)拋射所引發(fā)的磁零點(diǎn)附近磁重聯(lián)的觀測(cè)證據(jù)。GOES衛(wèi)星觀測(cè)到的該耀斑的X射線流量分別在2012年11月8日的～02:23 UT和～02:40 UT存在兩個(gè)輻射峰值。通過(guò)成像觀測(cè)分析,我們發(fā)現(xiàn)第一個(gè)X射線輻射峰由發(fā)生在爆發(fā)磁繩下方的電流片中的磁重聯(lián)導(dǎo)致。而第二個(gè)X射線輻射峰值則是由原先位于磁繩上方的磁零點(diǎn)附近的磁重聯(lián)所引發(fā)。爆發(fā)磁繩與其上方的磁零點(diǎn)的相互作用可以分為兩步:在第一步中,當(dāng)快速上升并膨脹的磁繩經(jīng)過(guò)磁零點(diǎn)時(shí),周圍的磁力線被迅速排擠開(kāi);在第二步中,當(dāng)磁繩遠(yuǎn)離后,原先被排擠開(kāi)的磁力線在磁場(chǎng)力的作用下開(kāi)始回?cái)n并逐漸形成向磁零點(diǎn)的入流運(yùn)動(dòng)。不同極性的磁力線在磁零點(diǎn)附近相互接觸,即導(dǎo)致了磁重聯(lián)的發(fā)生。觀測(cè)顯示,在該耀斑中,磁零點(diǎn)附近的磁重聯(lián)與發(fā)生在耀斑脈沖相階段的電流片磁重聯(lián)是兩個(gè)不同的過(guò)程,后者造成了耀斑的極大輻射峰,而前者則在耀斑緩變相階段引發(fā)了第二個(gè)輻射峰值和一個(gè)較高的尖角結(jié)構(gòu)。第八章為本文的總結(jié)和未來(lái)工作的展望。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：P182.52

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本文編號(hào)：1620716