【摘要】： 太陽耀斑是一種能量快速釋放(在100-1000秒內(nèi)釋放10~(29)-10~(33)爾格的能量)的過程，并伴隨著等離子體的加熱、多波段的輻射以及粒子加速。它不僅引起太陽物理研究的興趣，也對空間科學(xué)及日地關(guān)系研究有重要意義。根據(jù)以往的觀測及理論研究，人們提出磁重聯(lián)模型作為耀斑爆發(fā)的機(jī)制。該模型被近年來的“陽光”衛(wèi)星的觀測證實。本論文旨在求解磁流體力學(xué)方程組來研究太陽耀斑爆發(fā)中的磁重聯(lián)過程。 由于磁流體力學(xué)方程組是高度非線性的，解析求解非常困難，目前僅找到少數(shù)幾個重聯(lián)特解。人們嘗試過線性分析，但其簡化條件限制了其結(jié)論的適用性。為了詳盡地研究磁流體力學(xué)問題，不得不求助于數(shù)值模擬。 本論文包括以下七章，其概要如下： 第一章背景綜述：回顧了三十年來太陽大氣磁重聯(lián)的磁流體力學(xué)數(shù)值模擬研究的進(jìn)展，其中簡要敘述了數(shù)值方法方面的情況，著重介紹了在這個領(lǐng)域的研究成果。在本章中，數(shù)值模擬工作被分為三類，即檢驗理論模型、解釋觀測現(xiàn)象及研究各因素對磁重聯(lián)的影響。另外就某些問題作了討論。最后提出了本論文的研究意圖。 第二章數(shù)值模擬方法：引入2.5維磁流體力學(xué)(MHD)方程組，及其無量綱化形式；簡要介紹了本論文所采用的多步隱格式。另外，定義了一個表征磁重聯(lián)快慢的物理量：磁重聯(lián)率。 第三章磁流體力學(xué)數(shù)值模擬中的偽重聯(lián)：對稱邊界經(jīng)常出現(xiàn)在數(shù)值模擬中。通常有兩種方法設(shè)定對稱邊界，分別對應(yīng)兩種網(wǎng)絡(luò)。在第一種網(wǎng)格中，，第一列格點位于對稱軸上，本章研究表明它能得出有物理意義的結(jié)果；第二種為開拓網(wǎng)格，其中對稱軸位于兩列網(wǎng)格點中心。研究表明它會引入強(qiáng)數(shù)值電阻，導(dǎo)致偽重聯(lián)等非物理結(jié)果。 第四章雙帶耀斑及熱傳導(dǎo)作用下的磁重聯(lián)：雙帶耀斑環(huán)的上升及其足點的分離運動是磁重聯(lián)機(jī)制的明顯證據(jù)之一。本章模擬了這些運動。數(shù)值結(jié)果表明重聯(lián)發(fā)生后，在重聯(lián)X點下方出現(xiàn)磁環(huán)以及凍結(jié)其中的高溫等離子體。隨著重聯(lián)的繼續(xù)，重聯(lián)后的磁力線不斷堆積，以致于加熱的磁環(huán)不斷上升，其足點隨之分離。正如觀測所指出，這種運動是表觀運動，不是物質(zhì)的運動。真正的運動包括磁環(huán)的收縮等。本章的結(jié)果大致與雙帶耀斑的CSHKP模型一致，但是該模型認(rèn)為耀斑環(huán)的上升意味著重聯(lián)X點的上升，本章的研究卻表明即使X點固定，耀斑環(huán)仍能上升。本章的研究還表明重聯(lián)產(chǎn)生的慢激波對耀斑軟X射線環(huán)的加熱有貢獻(xiàn)。最后研究了場向熱傳導(dǎo)對磁重聯(lián)的影響。結(jié)果表明熱傳導(dǎo)加速磁重聯(lián)。當(dāng)熱傳導(dǎo)時標(biāo)小于阿爾芬時標(biāo)時，熱傳導(dǎo)將絕熱慢激波分解為等溫慢激波和熱傳導(dǎo)波前。 第五章耀斑環(huán)運動及太陽耀斑統(tǒng)一模型：本章研究各種物理參數(shù)對耀斑環(huán)運動的影響。結(jié)果表明磁場強(qiáng)度對耀斑環(huán)的運動速度(包括環(huán)的上升速度及足點分離速度)的影響最大，密度對其影響適中，而溫度、空間尺度及磁雷諾數(shù)對其影響很小。進(jìn)一步研究表明當(dāng)耀斑環(huán)上升至重聯(lián)區(qū)附近時，磁重聯(lián)自動停止。重聯(lián)的壽命大致與重聯(lián)X點的高度成正比。當(dāng)X點位于較高時，重聯(lián)持續(xù)很長時間，并顯示出雙帶耀斑的觀測特性；而當(dāng)X點位于較低時，重聯(lián)在脈沖相后很快減慢，并出現(xiàn)較穩(wěn)定存在的單環(huán)結(jié)構(gòu)，這些與致密耀斑極其相似，因此本文提出太陽耀斑統(tǒng)一模型，其中磁重聯(lián)X點的不同高度導(dǎo)致耀斑形態(tài)上的差異。 第六章Ellerman炸彈、Ⅱ類白光耀斑及低層大氣重聯(lián)：本章試圖由在低層大氣發(fā)生的磁重聯(lián)過程來解釋Ellerman炸彈及Ⅱ類白光耀斑的一些觀測特性：壽命約10分鐘、高色球和光球的弱加熱及低色球的強(qiáng)加熱、白光耀斑核單位時間單位面積的輻射流量1—2×10~(10) erg cm~(-2)s~(-1)，以及解釋CaⅡK線所必需的速度輪廓。另外還研究了電離和輻射對重聯(lián)的影響。結(jié)果表明它們都對重聯(lián)率影響很小，然而卻都能有效地降低等離子體的溫度。 第七章總結(jié)：對本論文中的數(shù)值研究作了概要性的討論。 根據(jù)以上這些有關(guān)磁重聯(lián)的數(shù)值模擬的工作，我們得到如下新的成果： 1．開拓網(wǎng)格及當(dāng)磁中性線不位于一列格點上時將引入強(qiáng)數(shù)值電阻，并導(dǎo)致偽重聯(lián)等非物理結(jié)果； 2．磁重聯(lián)的數(shù)值模擬再現(xiàn)了觀測到的雙帶耀斑的耀斑環(huán)運動(即環(huán)的上升及足點分離)，并證實磁環(huán)的收縮效應(yīng)。這些也為耀斑的磁重聯(lián)機(jī)制提供了有力的證據(jù)； 3．磁流體慢激波對耀斑環(huán)的加熱有貢獻(xiàn)； 4．本文認(rèn)為Kopp-Pneuman模型中有關(guān)耀斑環(huán)上升即意味著重聯(lián)X點一起上升的論斷不正確，這兩者的運動之間沒有直接的關(guān)系； 5．本文提出太陽耀斑的統(tǒng)一模型，認(rèn)為重連X點的不同高度導(dǎo)致了耀斑形態(tài)上的差異：雙帶耀斑對應(yīng)X點較高的情況，而致密耀斑對應(yīng)X點較低的情況； 6．低層大氣磁重聯(lián)的模擬解釋了Ellerman炸彈及Ⅱ類白光耀斑的主要觀測特征：壽命、色球和光球的弱加熱及低色球的強(qiáng)加熱、白光耀斑核單位時間單位面積的輻射流量及CaⅡK線的紅不對稱性。
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2002
【分類號】：P182.52

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 晏水平;X線區(qū)域等離子體對磁重聯(lián)率的影響[D];南昌大學(xué);2012年

本文編號：2680377