【摘要】：日冕加熱是太陽物理學(xué)中最著名的問題之一。在過去的幾十年里,人們一直在尋找著日冕加熱的觀測證據(jù)。近些年來,隨著儀器的空間和時間分辨率的提高,人們在太陽過渡區(qū)和日冕中發(fā)現(xiàn)了許多太陽小尺度現(xiàn)象。然而,我們目前對這些太陽小尺度現(xiàn)象的物理本質(zhì)還知之甚少。為了在觀測上找到日冕加熱過程的直接特征物,越來越多的研究開始將重心放在太陽小尺度現(xiàn)象上。在眾多的太陽小尺度現(xiàn)象中,日冕亮點是比較典型的一種。日冕亮點在太陽大氣中表現(xiàn)為增亮的結(jié)構(gòu)。它的尺度很小,平均只有20"-30",壽命也很短,從幾分鐘到幾十個小時不等。目前,日冕亮點被認為是能量在太陽上層大氣中釋放的直接觀測證據(jù),不僅如此,日冕亮點中的小尺度爆發(fā)現(xiàn)象也是,而且這些爆發(fā)現(xiàn)象還是日冕亮點在演化過程中的產(chǎn)物。之前的很多研究都表明,日冕亮點的演化與磁雙極結(jié)構(gòu)是密切相關(guān)的,因此不難理解,日冕亮點中的爆發(fā)現(xiàn)象也與磁雙極結(jié)構(gòu)的演化有緊密的聯(lián)系。為了能更好地對日冕亮點中的爆發(fā)現(xiàn)象進行分析,我們先從與日冕亮點相聯(lián)系的磁雙極結(jié)構(gòu)入手,對兩個基本問題進行了統(tǒng)計研究,這兩個問題分別是磁雙極結(jié)構(gòu)的形成以及磁雙極結(jié)構(gòu)中磁對消的情況。而且我們的研究發(fā)現(xiàn),這些物理過程的發(fā)生方式都不止一種,而不同的發(fā)生方式正對應(yīng)著不同的物理過程。在弄清楚這些問題后,我們才開始對日冕亮點中的爆發(fā)現(xiàn)象進行研究。與大型爆發(fā)不同的是,小尺度的日冕亮點結(jié)構(gòu)簡單,一般由連接著磁雙極結(jié)構(gòu)的環(huán)構(gòu)成,這為我們提供了一個較為簡單的背景環(huán)境,從而可以更好地分析爆發(fā)的特征。此外,小尺度日冕亮點及與其相關(guān)的磁結(jié)構(gòu)往往壽命較短,我們可以在整個生命周期上研究日冕亮點、磁雙極結(jié)構(gòu)以及爆發(fā)現(xiàn)象,這使得我們可以獲得這些物理過程在時間上完整的演化信息。綜合來看,日冕亮點作為日冕加熱的候選觀測證據(jù)之一,為了了解其物理本質(zhì),我們從與其相關(guān)的磁場演化入手,逐漸地過渡到其釋放能量的主要方式,也即爆發(fā)現(xiàn)象。通過對與日冕亮點相聯(lián)系的磁場的形成和演化等的研究,我們對日冕亮點的演化及加熱問題有了更清晰地認識,知道了日冕亮點的形成其實是來自于形成方式不同的磁雙極結(jié)構(gòu),日冕亮點的消失也是由于不同的磁對消發(fā)生方式。日冕亮點具有簡單的磁場結(jié)構(gòu)和背景環(huán)境,作為大尺度爆發(fā)現(xiàn)象的一個小尺度副本,研究日冕亮點中的爆發(fā)現(xiàn)象對我們理解太陽大氣中的爆發(fā)行為提供了獨特的機會。而我們的研究結(jié)果也顯示,日冕亮點中小尺度的爆發(fā)現(xiàn)象與太陽大氣中大尺度的爆發(fā)行為具有很大的相似性,從而可以猜想它們或許具有相同的物理機制。而且,對基于日冕亮點的爆發(fā)現(xiàn)象的研究也使我們對日冕亮點的演化及其物理本質(zhì)的理解更更進了一步。日冕亮點與磁雙極結(jié)構(gòu)和磁對消都是有聯(lián)系的。首先,我們圍繞日冕亮點對應(yīng)的磁場結(jié)構(gòu),主要研究了兩個問題:一是與日冕亮點相聯(lián)系的磁雙極結(jié)構(gòu)是如何形成的?二是之后出現(xiàn)的磁對消是以何種方式發(fā)生的?為此,我們分析了來自日震與磁場成像儀(HMI)的縱向磁場數(shù)據(jù),研究了與70個日冕亮點相聯(lián)系的光球磁通量的演化。我們的統(tǒng)計結(jié)果發(fā)現(xiàn),與日冕亮點相聯(lián)系的磁雙極結(jié)構(gòu)的形成方式有三種,分別是磁通量浮現(xiàn),磁匯聚和局部聚集。其中,很多磁雙極結(jié)構(gòu)的形成方式不止一種。對于所研究的70個事件,52個事件中的磁雙極結(jié)構(gòu)的主要形成方式是磁通量浮現(xiàn),28個事件中的磁雙極結(jié)構(gòu)由磁匯聚形成,只有14個事件與局部聚集有關(guān)。對于由磁通量浮現(xiàn)形成的磁雙極結(jié)構(gòu),磁通量浮現(xiàn)的時間與日冕亮點在AIA 193A波段出現(xiàn)的時間之間有一個時間差,其范圍為0.1到3.2小時,平均為1.3小時。雖然在所有70個日冕亮點中都發(fā)現(xiàn)了磁對消過程,但它們主要以三種不同的方式發(fā)生:(一)發(fā)生于磁雙極結(jié)構(gòu)和小且弱的磁結(jié)構(gòu)之間(33個日冕亮點);(二)發(fā)生在磁雙極結(jié)構(gòu)內(nèi)部,其兩個磁極從相距很遠的距離上相向移動(34個日冕亮點);(三)發(fā)生在磁雙極結(jié)構(gòu)內(nèi)部,其兩個主磁極同時浮現(xiàn)于同一位置(3個日冕亮點)。我們認為,雖然磁雙極結(jié)構(gòu)建立了日冕亮點的骨架,但加熱日冕亮點的磁活動可能也會涉及到小且弱的磁場。其次,我們詳細地研究了日冕亮點中的爆發(fā)現(xiàn)象。該研究基于日冕亮點整個生命周期這一背景,旨在全面詳細地探究這些爆發(fā)現(xiàn)象的形態(tài)學(xué)和動力學(xué)演化。在這項工作中,我們主要使用了搭載在太陽動力學(xué)天文臺(SDO)衛(wèi)星上的AIA儀器的四個波段(He Ⅱ 304 A、Fe ix/x 171 A、Fe Ⅻ 193 A和Fe ⅩⅧ94A)的數(shù)據(jù)。在多波段數(shù)據(jù)的支持下,我們在日冕亮點的整個生命周期中尋找等離子體拋射、微耀斑、迷你暗條爆發(fā)和迷你日冕物質(zhì)拋射等與爆發(fā)有關(guān)的現(xiàn)象。我們還分析了來自HMI的磁場數(shù)據(jù),以研究與日冕亮點及其爆發(fā)相聯(lián)系的光球縱向磁場的演化。我們的研究表明,大多數(shù)(76%)寧靜太陽區(qū)日冕亮點(42個日冕亮點中的31個)在其生命周期中會發(fā)生至少一次爆發(fā)。對于11個日冕亮點中的21次爆發(fā),有18次發(fā)生的時間平均為日冕亮點形成后的～17個小時,剩余的3次爆發(fā)則發(fā)生在日冕亮點形成后的4到6小時之間。日冕亮點在AIA 193 A波段的平均壽命是～21個小時。此外,爆發(fā)開始的時間與日冕亮點的雙極磁場演化到磁匯聚和磁對消階段的時間是相一致的,而在這兩個階段,日冕亮點的面積會逐漸減小,直到日冕亮點完全消失為止。在21次爆發(fā)中,有16次爆發(fā)的磁匯聚和磁對消過程涉及到了日冕亮點的主雙極場,而在3次爆發(fā)中,日冕亮點的其中一個磁極和已存在且極性相反的磁場發(fā)生了磁匯聚和磁對消。在兩次發(fā)生于同一個日冕亮點的爆發(fā)中,我們沒有觀測到磁對消。在大多數(shù)情況下,日冕亮點中的爆發(fā)涉及到色球物質(zhì)的排空,其排空物質(zhì)的形式要么是細長的暗條狀結(jié)構(gòu)(迷你暗條),要么是一定體積的冷物質(zhì)(冷等離子體云),且同時還伴隨著日冕亮點或更高處的熱環(huán)。值得一提的是,我們還在3次爆發(fā)中探測到了日冕波。我們還發(fā)現(xiàn)在所有爆發(fā)的迷你暗條/冷等離子云的下方,都可以觀測到微耀斑。但目前仍然不能確定的是,到底是不穩(wěn)定的迷你暗條導(dǎo)致了微耀斑的出現(xiàn),還是迷你暗條下方的重聯(lián)導(dǎo)致了迷你暗條的不穩(wěn)定以及爆發(fā)。此外,在大多數(shù)的爆發(fā)中,冷的爆發(fā)等離子體會部分地或完整地遮擋住微耀斑,直到這些爆發(fā)的物質(zhì)遠離了日冕亮點。在21次爆發(fā)中,有11次產(chǎn)生了迷你日冕物質(zhì)拋射。而且我們發(fā)現(xiàn)與迷你日冕物質(zhì)拋射相聯(lián)系的暗化區(qū)域由兩部分構(gòu)成,一是“暗”和冷的等離子,二是由等離子密度耗盡引起的日冕輻射衰減的區(qū)域。這項研究表明,在寧靜太陽區(qū)中的小尺度環(huán)結(jié)構(gòu),其演化是由它們的磁場足點的運動和/或環(huán)境磁場的拓撲結(jié)構(gòu)來決定的,當(dāng)其演化到爆發(fā)階段時,就會觸發(fā)日冕中冷和熱等離子體的拋射。
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：P182.62
【圖文】：

逡逑１．２太陽的內(nèi)部結(jié)構(gòu)逡逑圖１．１顯示了太陽的結(jié)構(gòu)。粗略來看，太陽大體上可以分為兩個部分，太陽逡逑本體和太陽大氣。盡管太陽的內(nèi)部結(jié)構(gòu)無法直接進行觀測，但是日震學(xué)為我們逡逑打開了一扇獨特的窗口。由于太陽有成千上萬的震蕩模式，這其中大部分的模逡逑式都是聲波模（也稱為Ｐ模，也就是壓力模），我們可以使用這些能穿透太陽內(nèi)逡逑部的ｐ模波來研究太陽的內(nèi)部結(jié)構(gòu)（Ｂａｓｕ，邋２０１０）。太陽的本體根據(jù)其物理性質(zhì)的逡逑不同可以分為三個區(qū)域，由內(nèi)而外分別為核心區(qū)、輻射區(qū)和對流區(qū)。逡逑核心區(qū)正如其字面意思那樣，是太陽的最核心的區(qū)域。其范圍從太陽中心逡逑延伸到大約０．２到０．２５個太陽半徑處。核心區(qū)占據(jù)了太陽大約一半的質(zhì)量，也是逡逑太陽上唯一發(fā)生核聚變的區(qū)域。在核心區(qū)

為２ｘｌ（Ｔ７ｇＣｎｒ３。由于光球?qū)拥妮椛湔剂颂栞椛涞慕^大部分，并且?guī)缀醺插义仙w了太陽所有的可見光轄射波段，因此使得光球?qū)映蔀樘柹衔ㄒ蝗庋劭梢姷腻义喜糠郑瑫r也使得光球?qū)拥奶柎髿鉁囟扔忻黠@下降（參考圖１．３）。逡逑在光球?qū)由希铒@著的觀測現(xiàn)象就是太陽黑子。太陽黑子在太陽光球?qū)由襄义媳憩F(xiàn)為暗的區(qū)域，這是由于其溫度明顯低于周圍物質(zhì)溫度的緣故。一般來說，逡逑大部分尺度較大的黑子會由位于中心的本影結(jié)構(gòu)和圍繞本影結(jié)構(gòu)的半影結(jié)構(gòu)兩逡逑３逡逑

１．３．２邋色球?qū)渝义掀骄鶃碚f，色球?qū)邮菑墓馇驅(qū)禹敹耍担埃板澹耄硖幰恢毖由熘粒常埃埃板澹耄砀叨壬系腻义弦粔K區(qū)域，典型厚度大約為２５００邋ｋｍ，位于光球?qū)优c過渡區(qū)之間（參考圖１．２）。逡逑太陽大氣的密度隨著高度的上升一直在減小，色球?qū)右膊焕�，大氣密度從�?nèi)逡逑邊界處的２邋ｘ邋１ＣＴ７邋ｇｅｍ—３—直下降到了外邊界處的１．６邋ｘ邋１０＿１４邋ｇｅｍ－３（Ｋｏｎｔａｒ邋ｅｔ逡逑ａｌ．，２００８）。相較于密度變化，色球?qū)拥臏囟葏s呈現(xiàn)出相反的變化趨勢，從４５００逡逑Ｋ上升到了２００００邋Ｋ。由圖１．３中我們可以看出，從光球?qū)拥缴驅(qū)樱柎髿忮义蠝囟鹊淖兓厔菔窍认陆岛笊仙�，從而產(chǎn)生了一個溫度極小區(qū)，而這個極小區(qū)逡逑就成為了光球?qū)雍蜕驅(qū)舆吔鐒澐值臉酥�。通過來自于色球中部的發(fā)射線（Ｃａ逡逑５逡逑

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本文編號：2758767