| 题名 | 太阳爆发的前兆活动与复杂动力学的观测研究 |
| 作者 | 陈何超 |
| 答辩日期 | 2020-07-01 |
| 文献子类 | 博士 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 李可军 |
| 关键词 | 太阳活动 太阳磁场 日冕物质抛射 太阳耀斑 太阳暗条 |
| 其他题名 | Observational studies on the pre-flare activities and complex dynamic phenomena of Solar eruptions |
| 学位专业 | 天体物理 |
| 英文摘要 | 太阳爆发是太阳大气中能量爆发性释放引起的活动现象，能在短时间内向 行星际空间抛射大量磁化等离子体，强烈扰动人类赖以生存的地球与空间环境。 从物理上理解太阳爆发的起源，对其空间效应实现准确预报是太阳及空间物理 研究长期追求的科学目标。本文以“太阳爆发的先兆活动与复杂动力学的观测研 究”为题，借助最新的太阳观测设备(如 SDO、NVST、STEREO 等)，配合国际 上先进的分析手段(如磁场外推、磁螺度计算、微分辐射量反演等)对爆发前兆 相中多类先兆活动以及爆发中复杂现象展开多波段、高分辨率的观测研究，力图 探究太阳爆发确切的前身磁场位型和触发机制，并尝试解释太阳爆发过程中的 复杂动力学现象成因。主要内容可分三部分:一、从短相前兆活动探求其前身位型与触发机制(1)我们对 2015 年 2 月 21 日的一例暗条分裂爆发事件的短相先兆活动的研 究中发现:该暗条爆发前具有“磁绳—剪切磁拱相互耦合”的复杂磁场位型;爆发 前暗条下方发生的磁缰截断(Tether-Cutting, TC)重联将两束包裹暗条中的剪切 磁拱逐渐转化为热通道状磁绳，并携带着暗条中间部分向上抬升，引发了暗条的 垂直分裂现象。近 7 小时的准静态抬升后，暗条中部突然进入载流环不稳定性磁 域失稳快速爆发，留下南北另外两段暗条成为了所谓的部分爆发现象。(2)在活 动区 12010 的一例热通道状磁绳的初期演化研究中，我们发现热通道可能起源 于日冕大气中预先存在于双曲磁流管位型(HFT)中的一个种子磁绳。爆发前兆 相中，发生于 HFT 内部的三维 TC 重联使得种子磁绳的空间尺度不断增长，内 部等离子温度不断升高，最终转为了观测中的高温热通道磁绳。在热通道的空间 尺度不断增大过程中，其足点朝着两侧向外滑动，高度不断缓慢抬升，最终进入 载流环不稳定性磁域产生了失稳爆发。结合三维爆发理论，我们还对其双带耀斑 在热通道形成与爆发的期间表现出“先沿着极性反转线(PIL)的滑动，后垂直于 PIL 的扩张”特性进行了解释。(3)在多极活动区 11515 的大尺度爆发事件触发 过程研究中，我们发现爆发前新浮磁流驱动了爆发源区中一系列独特的复发性 喷流和紫外增亮。在这些独特的先兆过后，源区内的小暗条很快失去稳定，进一 步抬升形成了大尺度的太阳爆发。结合磁场外推、磁能/磁螺度计算，我们对这些独特先兆的成因进行了确认，发现多极位型中新浮磁流与背景束缚磁场之间 的间歇性磁重联一方面引发了前兆复发喷流，另一方面不断削弱小暗条上方的 磁束缚，最终引发了多极位型中的大爆发。二、从长相前兆活动追溯其结构形成与物质起源(1)通过对一例 2016 年 2 月 6 日的宁静区磁通浮现过后的微暗条形成的研 究，我们发现超米粒内部的磁通浮现具有很强扭缠特性，可以通过先与背景场重 联，再向外传输磁扭缠的方式直接引发微暗条的形成;基于拓扑连接性的磁螺度 计算表明，旋转的浮现磁通在暗条形成期间为其注入了充足的负磁螺度，这与 暗条螺度手征性相一致。微暗条的物质起源可能是浮现拱状暗条系携带至色球 并进一步通过重联合并过程凝聚于磁凹陷中的。(2)另外，利用一米新真空太阳 望远镜(NVST)，我们对另一例微暗条的形成和失稳进行了 及偏带高分辨观 测，发现:该微暗条的形成直接由 PIL 附近的光球强剪切流和汇聚流驱动;PIL 附近发生着显著的磁对消，极有可能是近光球层发生磁重联的表现;同时，无数 色球短纤维逐步发生级联重组，最终形成扭缠的暗条磁结构。偏带与多普勒图表 明，在微暗条形成初期，其通道内存在持续的蓝移信号，支持微暗条中冷物质来 源于持续的色球物质上升流;微暗条激活过程中出现明显的抬升和物质旋转多 普勒信号，支持微暗条具有磁通量绳结构，且爆发前发生了 MHD 不稳定性。三、研究太阳爆发过程中复杂动力学现象的成因真实的爆发事件中往往存在太阳爆发理论难以解释的复杂动力学现象。这 些新的现象一方面亟待新的物理解释，另一方面亦有望为现有爆发理论提供新 的约束。(1)我们首先研究了活动区 12010 热通道爆发过程中出现的磁绳足点 动态迁移现象，发现:磁绳在爆发过程中会与背景反极性的倾斜磁环发生一类新 的重联几何，导致其足点朝着远端迁移，同时引发核心暗化区面积快速减少，并 在远端导致次级耀斑带的生成。(2)利用极紫外成像组件 (AIA) 观测与微分辐射 测量(DEM)分析，我们对活动区 12494 附近的两例小尺度暗条爆发导致的驱 动重联事件的进行研究，发现:两例小尺度重联事件均由 S/反 S 形小暗条失稳 过程中非径向运动驱动，且都发生于暗条的轴向磁通与背景反极性磁场之间;重 联过程中，X 型重联位型内部出现了清晰的重联电流片特征;与大尺度爆发电流 片相比，此类重联电流片的阿尔芬马赫数相当，但是电流片内等离子温度更低; 特别地，探测到电流片的出流区存在显著的持续等离子团抛射，暗示着电流片内部可能发生着撕裂摸不稳定性等微观物理过程。(3)我们对多极子活动区 11515 内小尺度暗条爆发引发更大尺度暗条爆发和 CME 的多尺度耦合现象进行了立体 观测，发现:小尺度暗条在爆发过程中与背景磁场发生相互作用，通过快速释放 磁扭缠和物质在十多分钟内导致了一个更大尺度磁绳的形成，最终磁绳失稳引 发了恒星尺度的 CME。 |
| 语种 | 中文 |
| 学科主题 | 天文学 ; 太阳与太阳系 ; 太阳物理学 |
| 页码 | 194 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.ynao.ac.cn/handle/114a53/25477]  |
| 专题 | 云南天文台_抚仙湖太阳观测站 |
| 作者单位 | 中国科学院云南天文台 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 陈何超. 太阳爆发的前兆活动与复杂动力学的观测研究[D]. 北京. 中国科学院大学. 2020. |
| 个性服务 |
| 查看访问统计 |
| 相关权益政策 |
| 暂无数据 |
| 收藏/分享 |
除非特别说明，本系统中所有内容都受版权保护，并保留所有权利。
修改评论