太阳日冕物质抛射的磁流体力学性质

太阳是离地球最近的一颗恒星，太阳日冕物质抛射是太阳大气中最剧烈的一种活动现象．当日冕物质抛射爆发时，大量的等离子体物质从接近太阳日面的低日冕被抛出，瞬时释放出巨大的能量．当一部分这些物质和能量传播到地球附近时，可以造成短波通讯中断、卫星工作失常等破坏性现象．文章作者认为，是缠绕的太阳磁场提供了足够的能量，使这些日冕物质可以克服恒星的重力以及周边磁场的束缚抛射出来；而磁螺度在日冕中的不断积累，不仅为日冕物质抛射提供了能量基础，而且使爆发在一定程度上成为一种日冕演化的必然。     

日冕喷流触发冕环横向振荡

日冕位于太阳大气最外层,由温度高达数百万度的磁化等离子体组成.波动和振荡是日冕中普遍存在的现象,美国TRACE卫星首次在极紫外波段探测到冕环的周期性往复运动,被认为是冕环横向扭曲振荡.冕环振荡通常由附近的低日冕爆发活动(如耀斑、喷流、暗条爆发)触发.日冕等离子体参数(如磁场强度和阿尔芬速度)难以直接测量,结合太阳望远镜...     

太阳磁重联的新证据

新观测为太阳系内最剧烈能量爆发现象提供了迄今最完整的图像证据太阳耀斑(solar flare)可以将太阳大气中的等离子体从百万度加热到几千万度。常随其爆发的还有日冕物质抛射(CME),可将几十亿吨的等离子抛进行星际空间。CME到达地球可扰乱地磁层,破坏电网设备,通讯系统等其他基础设施,对宇航员及在极地高空飞行的乘客造成潜在危险。     

太阳爆发:源动力之谜

看似宁静的太阳上存在着诸多活动现象,其中的爆发活动,包括耀斑(solar flares)和日冕物质抛射(CMEs),是太阳系内最剧烈的能量释放,也是造成空间环境和空间天气变化的最主要因素。磁场重联一直被认为是其背后的驱动力,然而确凿的证据一直没有找到。现在,新一代观测卫星太阳动力学天文台(SDO)终于记录到了完整可信的日冕重联过程。文章中我们简要回顾太阳爆发的研究历史,介绍最新的研究成果,并讨论将来的研究重点。     

太阳爆发日珥内双向喷流事件的紫外光谱研究（英文）

太阳双向喷流事件是过渡区重要的小尺度现象之一。双向喷流事件的光谱特征是强的展宽和非高斯形状。当双向喷流事件发生时,光谱像的红、蓝两翼分别或者同时明显增强,其相应的多普勒速度可达100 km·s~(-1)以上。双向喷流事件的平均尺度约1 800 km,寿命约60 s。双向喷流事件出现在磁对消区附近,且其速度与当地的阿尔芬速度相当,普遍认为其产生机制为小尺度快速磁重联。对其系统、全面地研究始于SOHO时代。SOHO/SUMER具有高时空和谱分辨率、宽的谱线覆盖,其观测的光谱数据为探究双向喷流事件提供了有力的光谱学诊断工具。双向喷流事件及其他过渡区小尺度现象的相互联系已被广泛研究,但双向喷流事件与日珥及其精细结构的关系研究还很少。文章通过SOHO/SUMER的SiⅢ谱线的定点观测,再现了爆发日珥演化的强度、多普勒速度和宽度演化图。通过SiⅢ谱线分析,找出宽度大于三个标准偏差的SiⅢ谱线,然后进行视像筛选出双向喷流事件,最终在爆发日珥中诊断出多个双向喷流事件,且大多数的双向喷流事件以准周期20 min重复出现在爆发日珥的中心区域。通过讨论,认为日珥中心磁流管之间的磁重联导致了双向喷流事件的重复出现,双向喷流事件产生的高速等离子体流可能是日面物质抛射的一部分,或是跟随日面物质抛射的太阳风的一部分。     

太阳爆发日珥内双向喷流事件的紫外光谱研究

太阳双向喷流事件是过渡区重要的小尺度现象之一。双向喷流事件的光谱特征是强的展宽和非高斯形状。当双向喷流事件发生时,光谱像的红、蓝两翼分别或者同时明显增强,其相应的多普勒速度可达100 km·s-1以上。双向喷流事件的平均尺度约1 800 km, 寿命约60 s。双向喷流事件出现在磁对消区附近,且其速度与当地的阿尔芬速度相当,普遍认为其产生机制为小尺度快速磁重联。对其系统、全面地研究始于SOHO时代。SOHO/SUMER具有高时空和谱分辨率、宽的谱线覆盖,其观测的光谱数据为探究双向喷流事件提供了有力的光谱学诊断工具。双向喷流事件及其他过渡区小尺度现象的相互联系已被广泛研究,但双向喷流事件与日珥及其精细结构的关系研究还很少。文章通过SOHO/SUMER的Si Ⅲ谱线的定点观测,再现了爆发日珥演化的强度﹑多普勒速度和宽度演化图。通过Si Ⅲ谱线分析,找出宽度大于三个标准偏差的Si Ⅲ谱线,然后进行视像筛选出双向喷流事件,最终在爆发日珥中诊断出多个双向喷流事件,且大多数的双向喷流事件以准周期20 min重复出现在爆发日珥的中心区域。通过讨论,认为日珥中心磁流管之间的磁重联导致了双向喷流事件的重复出现,双向喷流事件产生的高速等离子体流可能是日面物质抛射的一部分,或是跟随日面物质抛射的太阳风的一部分。     

科苑快讯

探索宇宙大爆炸———美天文学家发现重要证据美国国家宇航局的一颗人造卫星日前发现了一个有关伽玛射线脉冲形成机制的重要线索 ,这可能是迄今为止天文学家们发现的最重要的证据之一 ,它有可能揭示宇宙大爆炸的秘密。美国国家宇航局的ReuvenRamaty高能太阳分光镜成像卫星 (RHESSI)本来是用于研究太阳耀斑的 ,然而 2 0 0 2年 12月 6日它在拍摄太阳耀斑照片时竟意外地在横跨太阳边缘的背景区域捕捉到了一个极强的伽玛射线脉冲 ,首次提示出伽玛射线脉冲的偏振现象。这一发现表明磁场有可能是伽玛射线爆发的背后因素。太阳耀斑是太阳大气中…     

冰火两重天:为什么日冕如此炽热而日珥却如此清凉?

<正>近几十年来,太阳物理学家在回答两个长期存在的问题上取得了稳步的进展。本月21日,数百万天文爱好者将在美国享受一场被称为日全食的盛宴。如果天气好的话,在两分钟的黑暗中,他们将看到太阳外部的光度极度微弱的大气——日冕,以及沉浸在日冕中被称为日珥的红色羽状物质。从20世纪40年代开始,天文学家就已经知道,日冕比太阳的表面——光球——要热一百万度。然而,沉浸于其中的日珥却与光球有     

基于双波前传感器自适应光学技术的太阳光栅光谱仪

为了研究不同太阳大气高度的热力学特性,具有良好成像质量的成像型光栅光谱仪是实现这个目标的重要仪器。然而作为地基式太阳望远镜重要的终端仪器之一,光栅光谱仪的光谱成像性能不可避免的会受到动态波前像差和系统静态像差的影响。动态波前像差常通过在太阳望远镜系统中集成自适应光学系统进行补偿。针对光学系统中的由装调和光学元件加工等引起的静态波前像差,提出了一种基于自适应光学技术校正光栅光谱仪中静态波前像差的方法,并进行了数值模拟仿真和实验验证。实验结果表明,校正后系统的残余波前像差RMS≈0.025λ,此时波前像差对光谱分辨率和能量利用率的影响可忽略,提高了光栅光谱仪的光谱成像质量,证明了所提出的方法的有效性。此外它具有降低光学系统装调精度和光学元件加工精度要求的优点。     

可获得高分辨率谱线信息的新型太阳极紫外成像仪

极紫外光谱观测和诊断是研究太阳大气基本物理过程的最重要手段之一。但因为波长短,很多可见光仪器的设计方案不再适用,且极紫外观测只能在太空中开展。国际上现有卫星上的太阳极紫外成像仪和光谱仪都有各自的不足,比如极紫外成像仪不能获得高光谱分辨率的谱线信息;狭缝式光谱仪通过扫描可得到活动区域的信息,但扫描时间过长,对于研究剧烈变化的太阳活动有很大的局限性。这些不足制约了对日冕物质抛射(CME)和耀斑等太阳活动的高精度观测及对其机理的研究：无法看到CME在内日冕的加速过程,而且无法将可见光看到的CME现象同极紫外看到的日面源区直接联系;缺少观测目标的视向速度信息,难以识别CME的触发过程。采用多级衍射成像方式的一种新型太阳极紫外成像仪,除实现传统极紫外成像仪功能外,还可以在太阳活动变化过程中同步获得全日面各区域的光谱信息。新型成像仪可以得到高光谱分辨率数据,用于反演低日冕的等离子体视向速度,获得全日面的速度分布,与同时得到的高空间分辨率图像相结合,可以识别太阳活动现象对应的物质运动, 为空间科学研究提供数据;因为没有狭缝和运动部件,可以实现对大视场的太阳活动区域的高时间分辨率成像,有利于捕捉日面活动的快速变化。新型成像仪采用无狭缝光谱分光成像的设计理念,即同一时间把一定光谱带宽的信息记录到一个二维的图像上,此过程可以看成是从某一个角度将空间和光谱数据立方体投影到一个面上,然后再利用反演得到空间分辨图像和光谱信息。多级光谱成像的光学设计与传统光谱仪最大的不同是其不存在逐行扫描的狭缝,这使得其能够同时获得大视场内太阳的空间信息和光谱信息。因为极紫外波段的特殊性,以及本仪器面向卫星遥感应用,不可能像可见光波段或者医用CT机一样实现很多衍射级的同时成像。因此,新型极紫外成像仪光学系统由反射镜、色散光栅和五个探测器组成,入射的太阳极紫外辐射经过光栅色散后分别由五个级次的探测器接收,其中四个探测器分部接收±1和±2衍射级图像,另外一个接收0级图像。空间信息可以直接从0级图像得到,而光谱信息则需要根据五个级次成像的反演结果得出。介绍了光学系统的设计以及反演算法,并分析了反演算法的误差。光路基于变间距光栅设计,可实现空间分辨率1.8 arcsec·pixel-1, 光谱分辨率7.8×10-3 nm·pixel-1,同时减小了体积和重量,适合空间应用。     

日冕反常加热之谜新解

日冕加热之谜是当代天文学、天体物理学中的八大难题之一。自日冕高温发现七十多年以来,人们建立了许多模型试图解决这一难题,但到目前为止,现有的模型几乎都无法给出一个完整的解答。近年来,人们从观测上取得了一系列新的发现,如从光球到日冕的超精细磁通道中的快速上升热流、二型针状体、极紫外龙卷风等。这些发现给我们一个新的启示,即日冕的加热能量很可能是直接通过热物质上升并在日冕区域沉积而实现的。但是,这些上升热流又是如何形成的呢?鉴于太阳大气中普遍存在具有磁场梯度的磁通量管,作者最近提出了磁场梯度抽运机制(magnetic gradient pumping mechanism,MGP),每一磁通量管就像一个抽水机一般,将底层热分布的等离子体中的高能端粒子抽运到高层大气中沉积,并最终形成了高温的日冕大气。这一机制为我们探索日冕加热之谜提供了一个新的思路。     

“太阳-B”观测卫星发现太阳风喷口

日本、美国和欧洲的研究人员在最新一期美国《科学》杂志上报告说，他们借助太阳观测卫星“太阳-B”发现了太阳上的太阳风喷口和可能与“日冕加热”现象有关的阿尔芬波．     

基于自适应光学技术的太阳光栅光谱仪的像差校正方法研究

太阳光栅光谱仪是研究太阳大气分层结构特性的重要仪器,其性能受到大气扰动及系统装配误差等引入的波前像差的限制,需要采用自适应光学进行校正。由于光栅光谱仪中的狭缝对波前像差的滤波作用,使得传统自适应光学无法直接用于光栅光谱仪中。研究了狭缝对自适应光学技术波前校正能力的影响,提出了一种基于狭缝滤波灵敏度的差别校正方法并进行了数值模拟仿真分析。数值仿真结果表明:自适应光学校正后,由像差引起的光谱分辨率衰减量总体上优于1%,从而说明了该校正方法能有效地抑制大气扰动和系统静态像差所引起的光谱展宽,从而提高了光谱分辨率。自适应光学校正后能够有效地提高能量利用率η,当狭缝宽度为3倍艾里斑直径时,η由校正前的约20%提高到了90%以上。     

极紫外波段的太阳磁重联结构

<正>封面图显示的是2011年8月17日太阳爆发事件中磁场进行重联的伪彩色图像。其中红色代表温度相对较低的百万度级的日冕环,绿色代表重联后新形成的千万度级的耀斑环,蓝色显示的是太阳表面的结构。图中以地球的大小来对比一个中等级太阳爆发的规模尺度。图像数据来自美国国家航空航天局(NASA)的太阳动力学观测卫星(SDO),后由苏杨处理合成该封面图。     

太阳远紫外在临近空间的辐射特性研究

太阳远紫外辐射是临近空间能量输入的主要来源之一,临近空间环境对太阳爆发活动的响应是有待深化研究的重要科学问题。对太阳远紫外在中高层大气的辐射特性进行研究,是研究临近空间大气成分与密度变化、光化学反应以及动力学过程的重要基础。利用FISM2耀斑模型计算的远紫外数据和MSIS-E-00模型提供的地球中高层大气数据,将120～190 nm的太阳远紫外辐射分为7段,使用基于Lambert-Beer定律的大气辐射传输方法进行数值模拟。选取2010年1月至2020年12月共11年间的150组耀斑数据,利用时间滞后互相关(TLCC)评估了太阳远紫外辐射和软X射线的耀斑峰值时间差,使用最小二乘法(LS)计算了二者的耀斑峰值流量关系,然后利用大气辐射传输方法计算了耀斑爆发时太阳远紫外在临近空间(20～100 km)的光谱特性、流量变化以及加热率变化,最后计算了太阳远紫外辐射在地球大气中的沉积情况。计算结果表明,在太阳耀斑爆发过程中,远紫外辐射的流量出现明显变化,流量峰值比软X射线提前240 s左右;远紫外辐射与软X射线的流量峰值近似线性相关,大于140 nm波段的系数随波长的增加而增大;在20～100 ...     

动力学阿尔文波及其在太阳和空间等离子体中的应用

动力学阿尔文波是短波长的色散阿尔文波,其色散主要是由于垂直波长接近离子回旋半径或电子惯性长度等微观粒子动力学特征尺度而引起的。在频率远低于离子回旋频率的低频条件下,其平行波长通常仍然远大于离子惯性长度,这导致动力学阿尔文波在电磁偏振和传播方向上呈现显著各向异性的重要特性,并因此使其在磁等离子体的粒子能化现象和结构丝化现象中起重要作用。动力学阿尔文波早期于1970年代由Chen和Hasegawa研究聚变等离子体加热问题时首先提出。随后,在1980年代受到空间等离子体、特别是电离层-磁层耦合与极光现象研究的广泛关注。进入1990年代后,由于在空间卫星探测技术和地面等离子体实验技术的不断发展,特别是一些高分辨空间等离子体探测仪器和地面大型等离子体实验设备投入工作以来,在动力学阿尔文波的实验研究上取得了一系列突破性的重要进展。这不仅导致对动力学阿尔文波在磁等离子体动力学现象中重要作用的重新估价和正视,并再次激发了对动力学阿尔文波理论及其在实验室、空间和天体环境下各类等离子体活动现象中应用研究的广泛兴趣。自1990年代中期以来,我们在中国科学院紫金山天文台的研究小组一直致力于动力学阿尔文波及其在太阳和空间等离子体粒子能化现象中应用的研究。这篇综述性报告主要介绍了有关动力学阿尔文波非线性孤波理论及其在空间和太阳等离子体粒子能化现象中应用的研究进展,也是我们这十几年来在这一领域研究工作的一个总结。报告的第一章简要介绍动力学阿尔文波的一些主要特征及其在磁等离子体动力学现象中的重要作用。然后,在第二章中利用等离子体的双流体方程、结合有关的实验观测,系统介绍了动力学阿尔文波的色散、传播、偏振等基本特性和在一维孤波与二维涡旋等非线性结构理论方面的研究进展。接下来的第三、四、五章将聚焦在动力学阿尔文波的耗散机制及其在太阳和空间等离子体粒子能化现象中的应用研究上,分别包括：动力学阿尔文孤波的耗散结构及其在极光高能电子加速现象中的应用（第三章）;动力学阿尔文孤波中重离子的各向异性能化机制及其在延伸日冕中少量重离子反常加热现象中的应用（第四章）;以及动力学阿尔文波的反常耗散机制及其在日冕磁等离子体结构非均匀加热现象中的应用（第五章）。最后的第六章是一个简要的总结和几点进一步发展的展望。     

空间r射线谱(Ⅱ)

2　r射线谱的功用 (1)耀斑中粒子相互作用模型的推断 太阳耀斑中粒子相互作用模型有厚靶模型和薄靶模型两种.这里的厚靶和薄靶与核物理、粒子碰撞物理中的厚、薄靶的含义有相似之处,这就是厚靶粒子经相互作用后全被吸收,而薄靶则有部分粒子逸出.在耀斑模型中,就含能粒子的情况来说,薄靶模型是指加速粒于由于碰撞和核互作用造成的能量损失正好为连续加速机理带来的能量输入所平衡,即在相互作用区有含能粒子逸出,而厚靶模型则是指粒子在太阳大气中被阱获和慢化,并且全部粒子都经历相互作用而无逸出.就电磁辐射的情况来说(X射线、r射线),厚靶…     

动力学阿尔文波及其在太阳和空间等离子体中的应用(英文)

动力学阿尔文波是短波长的色散阿尔文波,其色散主要是由于垂直波长接近离子回旋半径或电子惯性长度等微观粒子动力学特征尺度而引起的。在频率远低于离子回旋频率的低频条件下,其平行波长通常仍然远大于离子惯性长度,这导致动力学阿尔文波在电磁偏振和传播方向上呈现显著各向异性的重要特性,并因此使其在磁等离子体的粒子能化现象和结构丝化现象中起重要作用。动力学阿尔文波早期于1970年代由Chen和Hasegawa研究聚变等离子体加热问题时首先提出。随后,在1980年代受到空间等离子体、特别是电离层-磁层耦合与极光现象研究的广泛关注。进入1990年代后,由于在空间卫星探测技术和地面等离子体实验技术的不断发展,特别是一些高分辨空间等离子体探测仪器和地面大型等离子体实验设备投入工作以来,在动力学阿尔文波的实验研究上取得了一系列突破性的重要进展。这不仅导致对动力学阿尔文波在磁等离子体动力学现象中重要作用的重新估价和正视,并再次激发了对动力学阿尔文波理论及其在实验室、空间和天体环境下各类等离子体活动现象中应用研究的广泛兴趣。自1990年代中期以来,我们在中国科学院紫金山天文台的研究小组一直致力于动力学阿尔文波及其在太阳和空间等离子体粒子能化现象中应用的研究。这篇综述性报告主要介绍了有关动力学阿尔文波非线性孤波理论及其在空间和太阳等离子体粒子能化现象中应用的研究进展,也是我们这十几年来在这一领域研究工作的一个总结。报告的第0章简要介绍动力学阿尔文波的一些主要特征及其在磁等离子体动力学现象中的重要作用。然后,在第1章中利用等离子体的双流体方程、结合有关的实验观测,系统介绍了动力学阿尔文波的色散、传播、偏振等基本特性和在一维孤波与二维涡旋等非线性结构理论方面的研究进展。接下来的第2、3、4章将聚焦在动力学阿尔文波的耗散机制及其在太阳和空间等离子体粒子能化现象中的应用研究上,分别包括:动力学阿尔文孤波的耗散结构及其在极光高能电子加速现象中的应用(第2章);动力学阿尔文孤波中重离子的各向异性能化机制及其在延伸日冕中少量重离子反常加热现象中的应用(第3章);以及动力学阿尔文波的反常耗散机制及其在日冕磁等离子体结构非均匀加热现象中的应用(第4章)。最后的第5章是一个简要的总结和几点进一步发展的展望。     

软物质主要理论综述

本文主要讨论了软物质体系的一些主要理论,如弹性理论、相变理论、标度理论、自洽场理论、颗粒物质理论的发展历史和现状,同时讨论了熵在软物质体系中的作用等.软物质体系中还有一些重要的动力学理论,如黏性问题、扩散问题、介面波的运动等问题均没有在本文中提及,这些领域中也有一些软物质体系重要的理论研究工具和手法.     

浅谈紫外天文学的发展

 在威廉·赫歇耳发现太阳的红外辐射不久,1801年德国物理学家里特尔发现了太阳的紫外辐射。紫外波段介于可见光和X射线波段之间。紫外辐射受大气吸收最为严重。对波长0.2-0.3微米的紫外线尚可用升高到50公里的气球获得,而其余紫外波段的观测工作必须要用火箭和卫星完成。由于在紫外区可以了解到比可见光区更多的有关天体物理状态和化学组成的信息,现代天体物理学家十分重视这一领域的研究。从太阳开始,先后探测了行星和行星际空间、银河辐射源,以及河外源,取得了不少令人振奋的成果。 太阳系紫外探测 紫外研究的第一个天体是太阳。其实,在太阳总辐射中,紫外辐射所占的比例很小,约占7％,但这部分短波辐射能够引起地球高层大气各种反应,对卫星表面涂层和太阳能电池有破坏作用,因而受到人们的重视。人们对太阳紫外辐射关注的另一个原因是太阳紫外光谱中有许多高电离硅、氧、铁等元素的谱线,它们对太阳色球和日冕间过渡层和耀斑活动的研究极有价值。