太阳宇宙线传播方程的量纲分析解

本文应用量纲分析法,求出太阳宇宙线在均匀、无限行星际空间中各向异性扩散对流方程的解析解,联系空间及地面观测资料,并利用根据行星际磁场功率谱定出的Jokipii扩散系数,讨论了中等能量以上的太阳宇宙线的主要传播特性,并对传播改正问题作了初步的探讨。     

太阳射电爆发的非线性相对定标方法与数据处理

太阳耀斑和日冕物质抛射等爆发现象中的能量突然释放与转换过程和高能粒子加速过程, 是太阳物理乃至天体物理中最富挑战性的一个基本问题. 目前对日冕能量释放源区的磁场和等离子体参数尚无直接测量的方法. 在一定的辐射机制和传播过程假设下, 射电方法是诊断日冕磁场的几乎惟一手段. 我国新近完成的太阳射电宽带动态频谱仪具有优于当前国外同类设备的高时间和高频率分辨率, 从而在23周峰年研究中发挥了重要作用. 但对于大爆发事件, 有时会出现仪器饱和现象. 必须采取特殊处理, 以消除仪器效应或干扰的影响. 针对太阳射电动态频谱仪的特点, 提出了一种非线性定标的方法处理仪器饱和效应, 采取了信号的动态范围调整方法, 提出通道归一化处理方法进行图像增强. 最后应用小波方法以消除干扰的影响. 以著名的2000年7月14日重大日地活动事件为例进行分析, 展现了上述方法的可行性与正确性. 该方法也可应用于其他问题.     

日冕扰动传播的数值模拟

本文应用一种新的磁流体力学模式和球坐标中的Euler全隐式计算格式,重新考察了太阳日冕扰动的传播特征。为了模拟太阳大气的磁场结构,文中采用解析和数值相结合的方法,得出了溪流状的磁场位形。在这种磁场模式下,我们讨论了太阳表面赤道附近冷物质径向喷射所引起的日冕动力学响应和伴随的物理过程,揭示了一些很有意义的物理现象。这些结果可以解释日珥的形成及伴随的日冕瞬变。     

HEAO-3 C-2宇宙线实验资料确定的锰-54和相对论宇宙线的寿命

本文推导了用以计算宇宙线中长寿命同位素锰-54的半寿命和相对于稳定锰同位素的含量的方程.推导是基于:1.宇宙线路径长度分布为指数模型,2.初级宇宙线和星际介质的高能核碰撞产生锰和铬的同位素有相同的微分能谱指数。 利用HEAO-3的宇宙线谱仪测得的锰对铁的相对含量资料,由方程求出: 1.宇宙线中锰-54和锰的稳定核在产生时的相对含量M_r/M_s≌0.342, 2.宇宙线穿过的星际介质平均数密度n和衰变半寿命τ0的乘积n·τ₀≌0.758×10~6年·厘米~(-3).     

在乳胶室中观测大天顶角簇射

在甘巴拉山乳胶室中观测大天顶角簇射,给出高能μ-子的强度,并找到了大天顶角的多核心簇射。这预示着宇宙线高能核作用中可能存在着新现象。     

具有前鞘结构的日冕瞬变活塞模型

根据观测数据的分析,大尺度环状或球形日冕瞬变现象具有一前鞘区域。这个区域与它之后的快速瞬变运动之间应有一定的关系,属于同一动力学过程。在本文中,用在太阳引力场中以某一速度规律运动的球形活塞气体动力学模型,来研究带有前鞘区的日冕瞬变事件,理论结果与观测的比较表明,这种活塞模型可以较合理地解释前鞘区及在它之后的快速瞬变的几何特性、运动学和动力学特性。     

太阳低层大气中的磁重联

向量磁场的观测,为确定太阳活动区的磁场拓扑,提供了决定性的约束,从而,为证认可能的物理过程,提供了观测基础,从向量磁场观测和理论探讨两方面证实,由视向磁图观测发现的磁对消现象,反映了两个独立的磁环系统的相互作用,主要是发生在太阳低层大气的磁重联过程,这一重联过程可能通过向上层大气输运磁通量和磁螺度,影响上层大气的磁活动,并可能导致日冕内的快重联,提供太阳耀斑所需的能量.     

日冕物质抛射的大尺度磁场结构

基于对一组初发于可见日面的日冕物质抛射的源区研究, 证认两类太阳大尺度磁场结构, 指出这些大尺度磁场结构是太阳磁场的内禀分量, 它们的不稳定性、向外膨胀和抛入行星际空间的过程, 是导致日冕物质抛射的基本过程. 这两类大尺度太阳磁场结构是联结太阳南北半球两个活动带的巨磁环和巨暗条(暗条通道)及与之相关的磁场结构. 后者在光球全日面磁图和综合磁图上, 表现为排成两列的相反极性的黑子或谱斑磁场, 其磁场极性反变线(磁中性线)的长度一般超过50日面度. 把后一类大尺度磁场结构称为“超级A结构”. 它们有时表现为巨暗条及相关的大尺度磁场. 由于这类大尺度磁场结构尺度大, 向日冕延伸到很高的高度, 在通常以研究耀斑等活动区尺度现象为目标的太阳磁场观测中难以证认. 证认这些大尺度磁场结构, 成为理解日冕物质抛射产生的物理机制和预报日冕物质抛射的关键.     

低热层和中、低层大气导电率及其受太阳活动的影响

本文利用最新的探测资料和大气化学模式,计算了200公里以下大气导电率的全球分布。文中分析了各种电离源,即宇宙线,太阳远紫外辐射和X射线辐射等的影响。数值计算结果表明,在绝大部分高度区域内导电率对电离源的相对灵敏度大约为50％,文中还利用宇宙线离子对产生率的半经验公式,计算了十一年太阳周期对大气导电率的调制影响。结果表明,近极区低于70公里区域内的相对调制量可大于50％,得到的全球大气电阻是182欧姆,计算结果与观测资料和其它半经验模式结果相比较符合得很好。     

2001年3月16日的CME以及CMEs与电子脉动等事件的相关日地现象

设定了电子脉动事件的含义. 从2001年3月16日的一个慢速、晕状(Halo) CME入手, 而后收集了几十个事件, 分析了CME, 太阳高和低能质子事件, 太阳耀斑, 电子脉动事件和地磁暴之间的关系. 结果表明: 太阳质子事件可视为CME到达地球的表征事件, 而电子脉动事件又可视为太阳质子事件, 特别是低能太阳质子事件的表征事件; 不仅快速 CME会给地球带来剧烈的影响, 慢速CME对地球的影响更经常, 也不可忽视; 绝大多数E＞10 MeV的高能太阳质子事件会引起地磁暴, 但绝大多数中小磁暴的触发源是CME带来的低能质子事件; 电子脉动事件和地磁暴都是高能和低能太阳质子事件的连锁效应, 而电子脉动事件先于地磁暴. 所以, 在不能得到近实时的低能太阳质子事件资料的情况下, 可以把电子脉动事件作为低能太阳质子事件的表征事件, 以作为地磁暴短期预报和警报的重要参考条件之一.     

关于耀斑-激波非对称传播的统计研究

本文根据耀斑活动所引起的地球物理效应(地磁扰动和宇宙线Forbush下降)、空间飞船的直接观测和射电源的行星际闪烁(IPS)观测的综合研究,得到了有关耀斑-激波在行星际空间传播的一些新认识.要点是:耀斑-激波相对耀斑法线常表现为非对称传播,最快的传播方向于经度上趋向行星际螺旋形磁场一边,纬度上接近太阳电流片方向;激波的东南部是高动力学参数(V,P,N,T)和高等离子体β参数区,其西北部则相反;磁场则是激波东南部较弱而西北部最强,与动力学参数的分布截然相反;激波东南部的能量高于西北部.在上述结果的基础上提出了关于耀斑-激波非对称传播的三维物理模型.该模型和新近根据大量飞船观测所进行的统计研究结果一致,能统一而自然地解释耀斑-地球物理效应随源耀斑分布的非对称性.耀斑-激波的三维非对称性传播和结构可能是其“效应”的非对称性分布的基本起源.     

谱斑的二元模型

利用在美国基特峰天文台观测到的一个谱斑的高质量光谱, 包括Ha, Hb, CaⅡH和K线以及红外三重线等7条谱线轮廓, 考虑到太阳谱斑的精细结构, 构造了二元模型, 对3个不同的填充因子分别给出了相应的热元模型, 热元与冷元的加权平均, 能较好地再生观测到的7条谱线轮廓. 还简要讨论了太阳大气日冕底部的柱密度m₀, 宏观湍动速度v 等参量对填充因子以及对加权后的谱线轮廓的影响, 同时把二元模型同一元的半经验模型进行了比较, 指出对二元模型作进一步改进的方向.     

日冕开放磁场中的慢激波

日冕物质喷发的观测速度常低于Alfven波速的估计值而高于背景日冕声速,这表明日冕质量喷发可能在日冕中形成慢激波.本文假定日冕物质喷发由冕底的磁通量喷发所驱动,对它在开放磁场中形成的慢激波进行数值模拟。结果表明,慢激波纬度范围有限,外形平坦;一快波与慢激波共存并发生相互作用。快波使背景磁场发生偏转从而在慢激波前方引起稀疏,两侧引起压缩。快波的这些效应对慢激波的位,形和特征具有重要影响。     

一个包含多重源扩展拱类型的太阳射电运动Ⅳ型爆发

利用中国国家天文台(NAOC)高时间分辨率射电宽带频谱仪观测到了一个复杂的太阳射电运动Ⅳ型爆发, 通过与俄罗斯西伯利亚太阳射电望远镜(SSRT)高空间分辨率观测资料的对照, 发现这是一个稀少类型扩展拱引起的射电运动Ⅳ型爆发, 并发现射电源空间结构的振荡和移动可能与射电辐射时间结构的脉动有关. 此外, 该爆发还伴生射电多重长周期脉动现象, 这意味着在一个大的扩展拱中, 包含多个不同尺度的磁结构. 该Ⅳ型爆发是归因于扩展拱中捕获的高能电子的同步加速辐射, 而多重准周期脉动则是归因于等离子体谐波辐射.     

水平环状日珥的静力学平衡

北京天文台曾于1980年观测到了罕见的环平面与太阳表面平行的完全闭合的环状日珥,其特征寿命约1—2天。本文讨论了这种水平等离子体环在磁力、重力和压力同时作用下的静力学平衡问题。在轴对称矩形截面假定下建立方程组,采用闭合磁场边值,得到零阶磁场(无力场)和密度(压力)解,进一步求得了零阶磁场和密度以及一阶磁场的一个本征解,从而给出水平闭合环状日珥中的一种可能的磁场和密度分布。本文得到的环状日珥的闭合式磁场结构与外界日冕磁场的力线不连通,有助于说明日珥与日冕之间的巨大温度差别。     

宇宙线扩散对流函数

本文介绍了宇宙线脉冲点源在均匀、无限、球对称运动介质中,扩散方程解的基本特性及某些数值计算的结果。     

宇宙线对地球大气的电离及其受太阳活动的调制

本文利用一个简化的广延大气簇射模型来计算银河系宇宙线对地球大气的电离率.计算结果表明,电离率的峰值大约位于地面以上15公里的高度.在磁赤道处峰值电离率约为每立方厘米每秒10对,而在磁极区约为70到110对.在峰值高度之外,电离率随着向上或向下离开峰值处的距离的增加,而差不多呈现指数衰减.向上时的衰减比向下时更快些. 文中得出了宇宙线电离源函数,并计算了银河系宇宙线对大气的电离受太阳活动的调制.计算结果表明,近磁赤道处并无明显的调制,地磁纬度越高则调制越大.在磁极区,受太阳活动十一年周期的调制而造成的峰值电离率的波动幅度可达45％.在极区的36公里高度处的最大调制量可高达85％.本模型电离率的计算结果与实测值符合得很好. 文中还对在稳定状况下由于宇宙线粒子在大气中的沉降所造成的空间电荷及电流作了计算.计算结果比观测值约小3个数量级.由此可见,宇宙线对大气电学系统的贡献是通过电离大气而产生电导率来作出的,而不是通过电荷沉降.     

2000年7月14日特大耀斑引起的电离层TEC突然增强现象

利用GPS网观测研究太阳耀斑爆发引起的电离层电子浓度总含量的突然增强(SITEC)现象. 首先, 根据电离层的Chapman电离理论, 分析得出耀斑爆发引起的TEC时间变化率与太阳耀斑的有效辐射通量成正比、与太阳天顶角的Chapman函数成反比的结论. 为了验证Chapman电离理论的这一简单推论, 利用2000年7月14日特大太阳耀斑爆发期间中国、东南亚及澳大利亚的GPS网观测的TEC资料, 统计分析了TEC的时间变化率与天顶角的Chapman函数的倒数间的相关性, 发现两者确有很好的正比关系, 从而证明了Chapman电离理论的正确性与可用性. 结果表明, 将GPS的观测用于太阳耀斑爆发等引起的电离层突然骚扰的研究, 可以发挥GPS观测精度高、空间范围大、时间连续性好等优点, 从而定量地揭示出与太阳爆发相关的电离层扰动过程. 对电离层中的空间天气的监测与研究具有重要意义.     

三波共振调制与太阳短厘米波射电爆精细结构

本文提出一种理论模型:认为太阳射电辐射作为泵波向外传播时,可与日冕中的MHD波和散射电磁波发生三波共振相互作用,使辐射流量S发生非线性调制。在不完全匹配与MHD波与泵波流量比k²≠0条件下,比模型能很好解释1.36,2,3.2cm三个短厘米波段观测到的精细结构重复率R与S,调制度△S与S之间的统计关系,并认为由于不同MHD波的参预调制,导致1.36cm的调制周期与3.2cm调制周期有明显的差别。此模型也给出了可进一步观测检验的理论预期。     

太阳风等离子体输出流量的全日面二维结构

本文根据1983年十个 Carrington 周(1733—1742)期间的 K-日冕亮度、行星际闪烁(IPS)观测和光球磁场观测,首次探讨了太阳风等离子体质量、动量和能量输出流量 F_M,F_P 和 F_E 的全日面二维平均结构及其与光球磁场结构的关系.