屡建功勋的日全食

日全食是神奇无比的天象，更可贵的是它还在科学史上建立了赫赫功勋。 事实上，在日全食短短三五分钟时间内，月轮把光焰无际的日面全部挡没了，使得平时难以见到的太阳高层大气——色球层与日冕层露出了真容，提供了难得的研究它们的机缘，因为在色球层和日冕层所发生的很多物理过程会直接影响到我们地球及人类，正因为如此，所以科学家们常常跋山涉水，不远千里地追寻它，从中得到一些科学发现。[第一段]     

太阳的日冕观测和磁场观测

<正>日全食与日冕我们知道,日冕是太阳大气的三个层次(光球、色球和日冕)的最外层,温度极高而密度极低,其范围延伸到太阳半径数倍处。日冕气体极其稀薄,导致其白光辐射极其微弱,即使在日冕下部亮度较大的部分,也只有太阳光球表面中部区域平均亮度的百万分之一,远低于地面天空的亮度。因此,平时是看不见日冕的,只有日全食时,当明亮的光球被月球遮挡之后,全食带地区的天空亮度可下降到比日冕更暗,这时才可以看到日冕。     

掀起太阳神秘的面纱

太阳是我们唯一能观测到表面细节的恒星,我们直接观测到的太阳的大气层,从里向外分为光球、色球和日冕三层。就总体而言,太阳是一个稳定、平衡、发光的气体球,但它的大气层中有些地方却时常产生剧烈的运动,如黑子群的神秘出没、日珥的变化、耀斑的爆发。     

太阳色球层-日冕中扰动的传播

为了模拟太阳色球层、过渡层和日冕中扰动的传播特征,本文在一自洽的非等温、非均匀等离子体初态下,应用二维时变可压缩磁流体动力学模拟,数值研究了过渡层附近局地加热引起的扰动传播过程.结果表明,扰动分别以局地快磁流波速度向四周传播,数值模拟结果与局地快磁流波推算结果符合得很好,其特征可以解释SOHO/EIT观测到的波动事件.      

太阳电子事件粒子源区的位置

对ISEE-3的引个太阳电子事件资料,进行了系统地分析。通过Saha平衡模型分别计算了高Fe事件和贫Fe事件源区的平衡温度大小,指出两类事件粒子源区不相重合,高Fe事件的粒子源区位于高色球层,贫Fe事件粒子源区在色球层-日冕之间的过渡区。对高Fe事件和贫Fe事件的形成作了初步的设想。      

中性电流片的形成和环形日冕瞬变

在双极背景场下,光球层反向磁通量的喷发将会在新老磁场之间形成中性电流片.本文从理想磁流体方程组出发,考虑磁场和日冕等离子体的相互作用,对上述电流片的形成过程进行了数值研究.结果表明,对亚音速喷发,将由里向外形成四个区域:(1)由喷发物质直接形成的低温,高密度日珥,位于最里层;(2)紧挨抛射日珥的低温稀疏区;(3)喷发物质和日冕物质向中性电流片集中形成的高温.高密度物质环;(４)在环的周围,由快磁声波形成的,密度略比日冕背景为高的前鞘区.上述结构与典型的环形日冕瞬变的观测特征相符.由此表明双极背景场下反向磁通量的喷发可能是触发这类瞬变的重要机制.      

太阳极紫外多波段成像仪

在目前仪器特点和性能的基础上, 结合中国现有卫星特点和技术基础, 提出了一种新型太阳极紫外多波段成像仪, 采用小型化设计, 利用一台仪器实现对日冕和色球层4个不同波段的高分辨率成像, 不仅能有效利用卫星资源, 提高空间探测水平, 还能实现对日冕和色球的同时观测, 推动空间天气研究, 提高空间天气预报水平.      

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.      

1986年2月太阳的高活动I活动区4711的演化和特征

本文使用太阳黑子、磁场、Hα色球、10.7cm射电及软X射线流量等观测资料,对太阳活动谷期的高活动区4711(SESC编号)从光球、色球和日冕三个方面做了综述.指出该活动区演化过程的特征是:(1)黑子群在主要发展阶段呈一个紧密的结构复杂的强磁区;(2)两次大的太阳爆发均发生在黑子群面积衰减阶段的初期;(3)黑子群的转动可能是活动区日冕加热和耀斑活动的主要供能机制;(4)色球暗条的频繁活动是爆发的先兆;(5) 10.7cm射电辐射和软X射线辐射的逐日流量有彼此不重合的双峰.      

一个基于观测的太阳风背景模型

建立由太阳光球磁场和日冕偏振亮度等观测约束的单流体太阳风模型,包括日冕和太阳风的等离子体密度、速度和磁场,温度还有待于以后处理.这里采用高山观测台(HAO)MKⅢ的日冕偏振亮度(pB)在1.36Rs上的观测概图,根据Guhathakurta在1996年发展的日冕电子密度反演模型确定日冕的电子密度分布.同时采用Wilcox太阳观测台(WSO)的光球磁场视向分量的观测概图作为底部边界,根据Zhao等在1994年发展的水平电流-电流片(HCCS)模型得到全球磁场.Phillips在1995年及McComas在2003年分别用Ulysses第一次和第二次跨极飞行的观测发现,归一化到1 AU的太阳风动量流密度除了在10°～30°的纬度范围内略低以外几乎不变.根据这一结论,结合已经得到的密度数据,就可以得到日冕和太阳风的速度.将上面的模型应用于1918卡林顿自转周稳态太阳风的研究,结果与太阳活动极小期的观测基本相符,但是与观测相比较低速高密度区偏大,因此密度模型还有待改进.      

1998年5月日冕三维结构的数值模拟

采用三维理想磙流体力学（MHD）模式，内边界条件把二维投影特征线边界方法推广应用到三维计算，有效地稳定了数值计算并保证稳态解的自洽性；初始猜解磁场由1935卡林顿周光球磁场观测数据得到，这样计算得到的1998年5月份期间日冕三维结构比较符合实际，计算结果表明：（1）计算得到的源表面非径向磁场量值在磁中性线附近不超过2μT，表明源表面磁场基本径向。（2）模拟得到的源表面径向磁场量值除了在磁中性线附近的区域外变化不大，这和观测一致。（3）由源表面磁场按平方反比的规律计算出1AU处磁场量值更接近观测值。（4）计算得到的日冕结构和观测定性一致，三维数值模拟结果表明，日冕的三维大尺度背景结构主要是由磁场决定的，在闭磁场处或者电流片附近，太阳风的密度高，速度低；在开场区，太阳风的密度低，速度高。     

2021年世界航天十大新闻

1.人类航天器首次成功穿越太阳日冕层 12月14日,美国宇航局宣布帕克号太阳探测器成功飞越太阳的高层大气,这是人类航天器第一次成功穿越太阳日冕层.帕克号太阳探测器发射于2018年8月,计划7次飞掠金星,借助其引力助推来逐渐刷新轨道近日点纪录,最终于2024年12月到达距离太阳表面620万千米的范围内.     

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.      

电流片的形成

采用二维三分量的耗散磁流体力学模型,对由于光球层的剪切运动引起的四极磁场内电流片的形成过程进行数值模拟。结果表明,磁分隔线在磁场的演化过程中起关键作用。电流主要在分隔面和根部剪切梯度较大的磁环中形成,其中在分隔线上最强。磁分隔线可以被拉长,形成强电流片,随着速度剪切位置的不同,电流片的形成模式也不同,既可以形成与光球层垂直的电流片,也可以形成平行的电流片。      

不透明度对太阳日冕软X射线OⅧ光谱线影响的研究

为研究不透明度对日冕软X射线的影响,利用光子逃逸因子的基本理论,分析了不透明度对太阳日冕OⅧ光谱线强度比的影响,讨论了OⅧ 1.879nm光谱线的光学厚度,估算了太阳等离子体中OⅧ离子的辐射层有效厚度. 结果表明,不透明度对太阳 OⅧ光谱线有较大影响,其辐射层有效厚度比其他太阳紫外谱线大. 此研究对太阳等离子体发射层特性诊断具有重要参考意义.      

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。      

基于CPU/GPU的日冕偏振亮度并行计算模型

三维磁流体力学(MHD)数值模拟是用来研究日冕和太阳风最常用的方法之一, 其中将计算得到的日冕电子数密度转化为日冕偏振亮度(Polarization Brightness, PB)是与观测对比的重要方法. 由于待转换电子数据网格密度、PB数据网格密度和计算模型的复杂度, 使得日冕偏振亮度的计算比较耗时, 利用单CPU计算无法达到近实时转换日冕偏振亮度的要求, 从而影响了数值模拟的验证效率. 本文在CPU/GPU环境下, 利用CUDA编程技术, 提出了一个日冕偏振亮度并行计算模型. 实验结果表明, 该模型比CPU上的串行模型计算速度提高了31.86倍, 达到了近实时模拟与观测数据比对的计算要求.      

2011年8月4日螺旋状日冕物质抛射爆发事件

利用多卫星多波段的综合观测数据,通过追踪光球表面等离子体速度分析计算了耀斑爆发前后磁螺度的变化,发现耀斑爆发前活动区中光球表面存在强的水平剪切运动,活动区磁螺度的注入主要由这种剪切运动所产生;使用CESE-MHD-NLFFF重建了耀斑爆发前后活动区的磁场位形,推测出耀斑过程中存在磁绳结构的抛射.基于这些分析,给出了这一螺旋状抛射结构的形成机制:爆发前暗条西侧足点的持续剪切运动驱动磁通量绳增加扭转,高度扭缠的通量绳与东侧足点附近的开放磁力线重联并与东侧足点断开,进而向外抛出并伴随解螺旋运动.另外,利用1AU处WIND卫星的观测数据在对应的行星际日冕物质抛射中找到典型磁云的观测特征.这表明除了传统上双足点均在太阳表面的磁云模型,这种单足点固定于太阳表面的磁通量绳爆发图景同样可能在行星系际空间形成磁云结构.研究结果对进一步认识磁云结构具有重要意义.      

日冕瞬变的观测特征和理论解释

本文综述了日冕瞬变现象的主要观测特征及其理论模型.日冕瞬变是从太阳日冕中向行星际空间大量抛出物质的过程,每次事件可有5×1015克的物质在103秒的时间内以约500公里/秒的典型速度被驱动流到日球中.日冕瞬变与太阳耀斑和爆发日珥事件有密切的相关性.作为一种新的太阳活动现象,近年来对日冕瞬变提出了许多理论解释.一种数值模拟方法将瞬变看成是由于热力学量或磁力在日冕底部的脉冲增长所产生的结果.许多分析模型认为是由磁环内部的电磁力或外部的磁压力驱动所致,或者是环中磁浮力驱动的结果.考虑到瞬变与耀斑和爆发日珥的相关性,活塞驱动模型认为,瞬变是稠密等离子体喷射,像活塞驱动机制.观测和理论都有待于进一步的研究.      

电流片的稳定性问题

本文从理想磁流体力学出发,分析了固结在光球层上的半圆弧形电流片的线性稳定性。主要结论是:当沿电流方向的磁场小于某临界值时,电流片将不稳定,且最先引起不稳定的扰动模沿电流方向的波数近似为电流片圆弧直径的倒数。