太阳大气中磁场的扭转储能

本文从完整的磁流体动力学方程组出发, 研究太阳大气中磁力线管根部的扭转储存能量。通过数值方法, 研究了包含太阳表面过渡区在内的非线性无力场的动力学演化。假设初始磁场位形为势场, 根部等离子体运动使活动区磁场扭转。磁能蓬新分布, 在局部区域中储存大量的磁能。计算结果给出非线性无力场的定量关系, 可以解释太阳耀斑的储能过程。      

太阳宇宙线源物质的高色球层模式和重离子丰度过量机制的探讨

本文利用太阳能量粒子事件中重离子平均丰度过量的资料,计算得到太阳能量粒子源物质的温度,提出了描述太阳宇宙线能量粒子源物质的新模式——高色球层模式;太阳耀斑观测确定,太阳宇宙线耀斑的加速区一般最可能出现在低日冕甚至高达几万公里的高度,从而,太阳宇宙线的源和加速区通常不位于同一区域;进而提出了描述太阳能量粒子事件中重离子丰度过量的可能机制——其源物质是通过太阳黑子的冻结型无力场从高色球层输送到活动区,形成耀斑前加速区内重离子丰度大和耀斑后宇宙线中重元素丰度的过量.      

太阳纯电子事件和质子-电子事件的电子能谱的机制

本文计算、分析了太阳耀斑加速电子在日冕中传输时激发的等离子体尾场的效应,认为耀斑电子的高能成份激发的尾场,能够加速低能耀斑电子,低能耀斑电子的能量增值可达几十keV至上百keV,这种尾场加速将软化约100keV以下的能量范围内(探测阈之上)的耀斑电子能谱。结合考虑尾场效应,本文提出了太阳耀斑加速电子从加速区到形成电子事件之间的能谱演化模式,说明了太阳纯电子事件的双幂律电子能谱和太阳质子-电子事件的单幂律电子能谱的形成,认为两类事件的电子能谱差异为耀斑电子日冕传输中不同程度的尾场效应所致,前者尾场效应弱,电子能谱呈双幂律,后者尾场效应较强,电子能谱为单幂律谱。      

影响地球环境的太阳质子事件的时间过程

利用1966年以来的大量太阳耀斑以及相应质子事件的资料,分析研究了质子事件到达时间和极大时间同耀斑经度位置的统计关系.结果表明当耀斑位置处于经过地球的行星际大尺度场磁力线足点位置附近时,上述两种时间过程最短.这个结果支持了太阳耀斑粒子经日冕传播再向行星际空间传播的二阶段传播模型.      

太阳耀斑对电离层总电子含量的影响

本文分析了1978—1979年1级以上的太阳耀斑对电离层总电子含量的影响. 给出了不同持续时间、不同亮度、不同季节、发生在日面不同位置上的太阳耀斑对电离层总电子含量的影响.分析结果表明,持续时间大于等于1.5小时的耀斑对电子含量有明显的扰动,耀斑出现后电子含量随之增加,在第4—5天增加到最大值,扰动持续数日;持续时间小于1.5小时的耀斑对电子含量影响甚微;非亮耀斑对电子含量的扰动小于亮耀斑;夏季出现的耀斑对电子含量无明显扰动,只有冬季出现的亮耀斑对电子含量有明显的扰动;太阳耀斑扰动电子含量有明显的日面位置东西不对称性,只有出现在日面东边、特别是E₃区的太阳耀斑对电子含量才有明显的扰动.      

太阳耀斑硬X射线能谱演变特征

太阳硬X射线是耀斑高能电子束流与太阳大气相互作用产生的韧致辐射,根据简单的太阳耀斑环物理模型,假定具有流量与能谱同步变化的高能电子束流从耀斑环顶部注入,计算了硬X射线辐射在不同的靶物质密度区的能谱演变特征。结果表明:硬X射线辐射在低大气密度靶区呈现软一硬一硬的能谱演变特征,在高密度靶区硬X射线能谱则具有软一硬一软的变化特征。高能电子束流持续时间影响谱型转变区域在耀斑环中的高度。      

太阳活动区磁场扭绞与耀斑产率

本文以1972年10月的太阳活动区McMath 12094为范例, 研究了活动区磁场扭绞与耀斑产率的关系.先在常α无力场模型假定下, 以观测到的活动区光球磁场为边值, 对活动区在日面中心附近4天(10月28—31日), 推算出代表活动区磁场平均扭绞程度的无力因子α, 从而外推出活动区在这4天的三维磁力线形态.然后以这些资料为基础, 进一步讨论了活动区磁场演化特征, 磁场扭绞与耀斑产率的关系, 并且近似用单极场模型估算了通过活动区前导大黑子A的电流、电流密度以及因大黑子逆时针旋转造成磁场扭绞所贮存的能量.本文主要结论为:(1)活动区McMath 12094从10月27日起保持较强扭绞, 10月30日达到极大, 10月31日后扭绞减弱.活动区磁场扭绞的主要原因是光球中的磁流体力学作用所导致的前导大黑子A的逆时针旋转。(2)代表活动区磁场平均扭绞程度的无力因子α与活动区耀斑产率同步变化, 表明活动区磁场扭绞与耀斑产率成正相关.(3)通过活动区前导大黑子A的本影电流为4.3—6.6×1012A, 因扭绞产生的自由能贮存为0.44—1.11×1032erg.活动区中的电流密度达到0.96—1.47×10A·m-2.这样高的电流密度可能是该活动区高耀斑产率的重要原因.      

耀斑脉冲相离子电离的弛豫过程

观测表明:在耀斑前活动区上空的日冕中普遍存在低温的磁环结构, 其中一些这种磁环结构的温度在105K以下;同时, 耀斑脉冲相存在非常迅速的加热过程.本文在这些观测事实的基础上, 提出了一个太阳耀斑爆发时离子电离的模型, 并由这一模型研究了耀斑时离子电离的弛豫过程.在太阳宇宙线的源物质来自高色球层的条件下, 得到了与观测结果符合得较好的太阳耀斑能量离子的平均电荷及其电离态分布.      

太阳活动对VLF传播的一种影响

本文以实验数据为基础, 讨论了在太阳耀斑期间产生的相位周期丢失, 并用对极传播理论解释了这种相位周期丢失的机理。相位周期丢失是电波传播中的一个重要传播现象, 特别是对于低频和甚低频传播。由于太阳耀斑引起的这一传播现象在以往的讨论中比较罕见, 因此, 对这一问题的讨论具有特殊意义。      

日照边缘区域电离层对耀斑的响应特点研究

利用MSIS模型和背景太阳辐射谱模型,在一定大耀斑辐射谱假设的前提下,计算了耀斑期间日照边缘区域的电子产生率,分析了这一区域电离层电子密度的变化特点.结果表明,大耀斑期间在日照边缘区域,甚至大于太阳天顶角90°的区域都有明显的电子产生率的增加.从不同太阳天顶角处的电子产生率剖面的形态来看,随着天顶角的增加最大电离率减少,但高度增加.计算还显示了在太阳天顶角小于90°的区域内电子产生率的垂直分布有明显的双峰结构,这种结构对应着电离层的E区和F区,但在天顶角大于90°区域,F区的电子产生率要大得多.考虑到离子和电子的复合过程,这一区域的总电子含量的增加主要产生在高F区.      

1989年3月太阳活动引起的强烈磁暴群

本文分析了1989年3月上旬一个太阳超级活动区中多次特大耀斑引起的强磁暴群.联系源耀斑的等级、位置等讨论了磁暴形态特征.随着耀斑活动区位置由东向西旋转,磁暴的形态呈现有规律的变化,充分显示了磁暴形态特征有依赖于耀斑位置的中心子午线效应和东西不对称性.     

日冕环和日冕拱的平衡位形

在线性场近似条件下,本文讨论了日冕环的二维平衡位形。用富利叶变换的方法,求出了问题的分析解,解释了日冕环观测结果的主要特性。沿日冕环纵向的压力分布均匀,日冕环的位形可以比无力场更稳定。由于日冕环可以储存更多的剪切场或扭转场的磁能,释放这部分磁能就可以驱动日冕环运动产生日冕瞬变过程,或者使环内的等离子体加热或加速而产生太阳耀斑。      

日冕背景下的等离子体尾场效应

计算了高能脉冲电子束在冷背景和热背景等离子体条件下产生的等离子体尾场(PWF)大小,讨论了高能电子束的速度、密度、长度对等离子体尾场分布的影响。在这基础上,研究了太阳耀斑脉冲相产生的向外逃逸高能脉冲电子束在日冕背景等离子体条件下激发的等离子体尾场分布以及对其捕获电子的加速。      

基于PCA方法对太阳活动区主要参量的分析

太阳耀斑与太阳质子事件的发生通常与太阳活动区存在非常密切的关系, 对这种关系的深入分析有助于太阳耀斑和太阳质子事件预报模型的建立. 本文利用主成分分析(Principal Component Analysis, PCA)方法对1997-2010年太阳质子事件所在活动区的主要参量进行分析, 选取的参量包括黑子磁分类、 McIntosh分类、太阳黑子群面积、10.7 cm射电流量、耀斑指数、质子耀斑位置和软X射线耀斑强度. 结果得到81个太阳活动主成分得分值排序(得分值代表每个事件的强弱), 与太阳质子事件峰值流量、太阳黑子年均值以及10.7 cm射电流量年均值的对比显示相似度非常高, 表明主成分得分值一定程度上可以反映太阳活动的强弱规律.      

1980年7月14日耀斑和磁流浮现模型

本文利用云南天文台耀斑H_α巡视观测、活动区白光照相及速度场资料,结合SMM的X射线资料和北京天文台的射电观测资料,对1980年7月14日日面3B级大耀斑进行了综合研究。对照耀斑过程的磁流浮现(EMF)模型,我们分析了活动区的形态变化特征,估算了耀斑释放的磁能、耀斑过程的特征时间及耀斑爆发时加速的电子总数和加速电子的平均能量。结果表明:(1)耀斑过程的EMF模型与观测结果基本符合,可以认为EMF模型能够较好地说明耀斑的物理过程。(2)根据对速度场资料及耀斑产生位置的分析,初步认为电流片可能位于速度中性线与磁中性线的交点处及其附近,或速度中性线与暗条的交点处及其附近[3]。(3)观测和计算表明,硬x射线爆是由电流片中加速的高能非热电子所产生,而软X射线爆则由耀斑区的高温等离子体的热轫致辐射所产生。      

太阳微波射电快速精细结构亚类型的观测分析

通过分析"云南天文台4波段太阳射电快速同步观测系统"1990-01-1994－01取得的103个射电爆发,发现其中29个存在不同类型的快速精细结构（FFS）.尤其是发现了几个少见的亚类FFS现象.本文仅介绍两个亚类型:窄带变周期脉动和宽带慢漂移长周期脉动.这些现象表明太阳射电FFS的多样性,它们发生在射电爆发的不同阶段（耀斑不同相）,从而说明在耀斑演化中日冕非热电子的加速或注入可能贯穿于整个耀斑发展过程.由于耀斑后相FFS的发生,可验证耀斑后相存在磁重联和似环结构（耀斑后环）的重新形成.由于不同的亚类FFS反映日冕中存奇特别的环境条件,从而推测日冕中可能存在更复杂的多重类型的磁结构.      

太阳质子事件与太阳耀斑的关系

通过对0°W-39°W,40°W-70°W,71°W-90°W经度范围内太阳质子事件与太阳耀斑的相关性计算分析,发现太阳质子事件与太阳耀斑的相关系数依赖于经度.太阳耀斑积分与地球磁链接区域（40°W-70°W）太阳质子事件强度的相关系数最大.相关系数的这种特点与耀斑加速粒子的最大流量只出现在磁链接区域的特征相吻合.计算结果表明,太阳耀斑对太阳质子事件具有贡献,即耀斑对E ≥ 10MeV的质子加速有贡献.耀斑和CME在磁链接区域对太阳质子事件的贡献相同,这说明太阳质子事件是混合型事件.      

1996-2002年太阳耀斑的统计分析

分析了1996-2002年南北半球的太阳黑子相对数和南北半球太阳X射线耀斑级别(简称Imp)≥M1．0的太阳X射线耀斑的特征和不对称性．分析结果表明，南北半球的太阳耀斑活动的程度交替上升，在2001年7月以前北半球的太阳耀斑活动强于南半球，2001年7月开始耀斑活动逐渐以南半球为主．本文还逐月分析了1996—2001年南北半球的耀斑指数．2000年7月为第23周太阳指数最大的一个月，与第23周太阳黑子相对数最大月均值吻合．     

一种短波SID监测记录及其在太阳X射线耀斑观测中的应用

本文介绍了北京大学目前进行的电离层观测中的一种SID地面连续监测设备;着重讨论它在太阳耀斑观测方面的应用.通过对1982-1983年资料的分析表明,此方法对太阳耀斑活动十分敏感.所记录到的SID现象与世界上其他主要台站的报告基本上一致.文中介绍的几个实例说明有可能利用SID形态研究耀斑时的X射线强度的时间演变.统计结果还表明1-8A谱段的X射线峰值流量与SID扰动强度之间满足一个较简单的关系式,可据此对较大的太阳X射线耀斑的峰值流量做出估计.      

1983年2月3日双带耀斑爆发事件的综合分析

本文在统一模型的考虑下,对1983年2月3日太阳3B级Hα双带耀斑和共生的爆发事件进行了综合分析研究.探讨了其中主要的共生辐射的物理过程和内在联系,并讨论了Ⅲ型、Ⅳ型和微波射电爆发源的非热电子束流对产生Hα双带耀斑和硬X射线爆发所起的重要作用.