【摘要】：日冕加熱是太陽(yáng)物理學(xué)中最著名的問(wèn)題之一。在過(guò)去的幾十年里,人們一直在尋找著日冕加熱的觀測(cè)證據(jù)。近些年來(lái),隨著儀器的空間和時(shí)間分辨率的提高,人們?cè)谔?yáng)過(guò)渡區(qū)和日冕中發(fā)現(xiàn)了許多太陽(yáng)小尺度現(xiàn)象。然而,我們目前對(duì)這些太陽(yáng)小尺度現(xiàn)象的物理本質(zhì)還知之甚少。為了在觀測(cè)上找到日冕加熱過(guò)程的直接特征物,越來(lái)越多的研究開(kāi)始將重心放在太陽(yáng)小尺度現(xiàn)象上。在眾多的太陽(yáng)小尺度現(xiàn)象中,日冕亮點(diǎn)是比較典型的一種。日冕亮點(diǎn)在太陽(yáng)大氣中表現(xiàn)為增亮的結(jié)構(gòu)。它的尺度很小,平均只有20"-30",壽命也很短,從幾分鐘到幾十個(gè)小時(shí)不等。目前,日冕亮點(diǎn)被認(rèn)為是能量在太陽(yáng)上層大氣中釋放的直接觀測(cè)證據(jù),不僅如此,日冕亮點(diǎn)中的小尺度爆發(fā)現(xiàn)象也是,而且這些爆發(fā)現(xiàn)象還是日冕亮點(diǎn)在演化過(guò)程中的產(chǎn)物。之前的很多研究都表明,日冕亮點(diǎn)的演化與磁雙極結(jié)構(gòu)是密切相關(guān)的,因此不難理解,日冕亮點(diǎn)中的爆發(fā)現(xiàn)象也與磁雙極結(jié)構(gòu)的演化有緊密的聯(lián)系。為了能更好地對(duì)日冕亮點(diǎn)中的爆發(fā)現(xiàn)象進(jìn)行分析,我們先從與日冕亮點(diǎn)相聯(lián)系的磁雙極結(jié)構(gòu)入手,對(duì)兩個(gè)基本問(wèn)題進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)研究,這兩個(gè)問(wèn)題分別是磁雙極結(jié)構(gòu)的形成以及磁雙極結(jié)構(gòu)中磁對(duì)消的情況。而且我們的研究發(fā)現(xiàn),這些物理過(guò)程的發(fā)生方式都不止一種,而不同的發(fā)生方式正對(duì)應(yīng)著不同的物理過(guò)程。在弄清楚這些問(wèn)題后,我們才開(kāi)始對(duì)日冕亮點(diǎn)中的爆發(fā)現(xiàn)象進(jìn)行研究。與大型爆發(fā)不同的是,小尺度的日冕亮點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,一般由連接著磁雙極結(jié)構(gòu)的環(huán)構(gòu)成,這為我們提供了一個(gè)較為簡(jiǎn)單的背景環(huán)境,從而可以更好地分析爆發(fā)的特征。此外,小尺度日冕亮點(diǎn)及與其相關(guān)的磁結(jié)構(gòu)往往壽命較短,我們可以在整個(gè)生命周期上研究日冕亮點(diǎn)、磁雙極結(jié)構(gòu)以及爆發(fā)現(xiàn)象,這使得我們可以獲得這些物理過(guò)程在時(shí)間上完整的演化信息。綜合來(lái)看,日冕亮點(diǎn)作為日冕加熱的候選觀測(cè)證據(jù)之一,為了了解其物理本質(zhì),我們從與其相關(guān)的磁場(chǎng)演化入手,逐漸地過(guò)渡到其釋放能量的主要方式,也即爆發(fā)現(xiàn)象。通過(guò)對(duì)與日冕亮點(diǎn)相聯(lián)系的磁場(chǎng)的形成和演化等的研究,我們對(duì)日冕亮點(diǎn)的演化及加熱問(wèn)題有了更清晰地認(rèn)識(shí),知道了日冕亮點(diǎn)的形成其實(shí)是來(lái)自于形成方式不同的磁雙極結(jié)構(gòu),日冕亮點(diǎn)的消失也是由于不同的磁對(duì)消發(fā)生方式。日冕亮點(diǎn)具有簡(jiǎn)單的磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)和背景環(huán)境,作為大尺度爆發(fā)現(xiàn)象的一個(gè)小尺度副本,研究日冕亮點(diǎn)中的爆發(fā)現(xiàn)象對(duì)我們理解太陽(yáng)大氣中的爆發(fā)行為提供了獨(dú)特的機(jī)會(huì)。而我們的研究結(jié)果也顯示,日冕亮點(diǎn)中小尺度的爆發(fā)現(xiàn)象與太陽(yáng)大氣中大尺度的爆發(fā)行為具有很大的相似性,從而可以猜想它們或許具有相同的物理機(jī)制。而且,對(duì)基于日冕亮點(diǎn)的爆發(fā)現(xiàn)象的研究也使我們對(duì)日冕亮點(diǎn)的演化及其物理本質(zhì)的理解更更進(jìn)了一步。日冕亮點(diǎn)與磁雙極結(jié)構(gòu)和磁對(duì)消都是有聯(lián)系的。首先,我們圍繞日冕亮點(diǎn)對(duì)應(yīng)的磁場(chǎng)結(jié)構(gòu),主要研究了兩個(gè)問(wèn)題:一是與日冕亮點(diǎn)相聯(lián)系的磁雙極結(jié)構(gòu)是如何形成的?二是之后出現(xiàn)的磁對(duì)消是以何種方式發(fā)生的?為此,我們分析了來(lái)自日震與磁場(chǎng)成像儀(HMI)的縱向磁場(chǎng)數(shù)據(jù),研究了與70個(gè)日冕亮點(diǎn)相聯(lián)系的光球磁通量的演化。我們的統(tǒng)計(jì)結(jié)果發(fā)現(xiàn),與日冕亮點(diǎn)相聯(lián)系的磁雙極結(jié)構(gòu)的形成方式有三種,分別是磁通量浮現(xiàn),磁匯聚和局部聚集。其中,很多磁雙極結(jié)構(gòu)的形成方式不止一種。對(duì)于所研究的70個(gè)事件,52個(gè)事件中的磁雙極結(jié)構(gòu)的主要形成方式是磁通量浮現(xiàn),28個(gè)事件中的磁雙極結(jié)構(gòu)由磁匯聚形成,只有14個(gè)事件與局部聚集有關(guān)。對(duì)于由磁通量浮現(xiàn)形成的磁雙極結(jié)構(gòu),磁通量浮現(xiàn)的時(shí)間與日冕亮點(diǎn)在AIA 193A波段出現(xiàn)的時(shí)間之間有一個(gè)時(shí)間差,其范圍為0.1到3.2小時(shí),平均為1.3小時(shí)。雖然在所有70個(gè)日冕亮點(diǎn)中都發(fā)現(xiàn)了磁對(duì)消過(guò)程,但它們主要以三種不同的方式發(fā)生:(一)發(fā)生于磁雙極結(jié)構(gòu)和小且弱的磁結(jié)構(gòu)之間(33個(gè)日冕亮點(diǎn));(二)發(fā)生在磁雙極結(jié)構(gòu)內(nèi)部,其兩個(gè)磁極從相距很遠(yuǎn)的距離上相向移動(dòng)(34個(gè)日冕亮點(diǎn));(三)發(fā)生在磁雙極結(jié)構(gòu)內(nèi)部,其兩個(gè)主磁極同時(shí)浮現(xiàn)于同一位置(3個(gè)日冕亮點(diǎn))。我們認(rèn)為,雖然磁雙極結(jié)構(gòu)建立了日冕亮點(diǎn)的骨架,但加熱日冕亮點(diǎn)的磁活動(dòng)可能也會(huì)涉及到小且弱的磁場(chǎng)。其次,我們?cè)敿?xì)地研究了日冕亮點(diǎn)中的爆發(fā)現(xiàn)象。該研究基于日冕亮點(diǎn)整個(gè)生命周期這一背景,旨在全面詳細(xì)地探究這些爆發(fā)現(xiàn)象的形態(tài)學(xué)和動(dòng)力學(xué)演化。在這項(xiàng)工作中,我們主要使用了搭載在太陽(yáng)動(dòng)力學(xué)天文臺(tái)(SDO)衛(wèi)星上的AIA儀器的四個(gè)波段(He Ⅱ 304 A、Fe ix/x 171 A、Fe Ⅻ 193 A和Fe ⅩⅧ94A)的數(shù)據(jù)。在多波段數(shù)據(jù)的支持下,我們?cè)谌彰崃咙c(diǎn)的整個(gè)生命周期中尋找等離子體拋射、微耀斑、迷你暗條爆發(fā)和迷你日冕物質(zhì)拋射等與爆發(fā)有關(guān)的現(xiàn)象。我們還分析了來(lái)自HMI的磁場(chǎng)數(shù)據(jù),以研究與日冕亮點(diǎn)及其爆發(fā)相聯(lián)系的光球縱向磁場(chǎng)的演化。我們的研究表明,大多數(shù)(76%)寧?kù)o太陽(yáng)區(qū)日冕亮點(diǎn)(42個(gè)日冕亮點(diǎn)中的31個(gè))在其生命周期中會(huì)發(fā)生至少一次爆發(fā)。對(duì)于11個(gè)日冕亮點(diǎn)中的21次爆發(fā),有18次發(fā)生的時(shí)間平均為日冕亮點(diǎn)形成后的～17個(gè)小時(shí),剩余的3次爆發(fā)則發(fā)生在日冕亮點(diǎn)形成后的4到6小時(shí)之間。日冕亮點(diǎn)在AIA 193 A波段的平均壽命是～21個(gè)小時(shí)。此外,爆發(fā)開(kāi)始的時(shí)間與日冕亮點(diǎn)的雙極磁場(chǎng)演化到磁匯聚和磁對(duì)消階段的時(shí)間是相一致的,而在這兩個(gè)階段,日冕亮點(diǎn)的面積會(huì)逐漸減小,直到日冕亮點(diǎn)完全消失為止。在21次爆發(fā)中,有16次爆發(fā)的磁匯聚和磁對(duì)消過(guò)程涉及到了日冕亮點(diǎn)的主雙極場(chǎng),而在3次爆發(fā)中,日冕亮點(diǎn)的其中一個(gè)磁極和已存在且極性相反的磁場(chǎng)發(fā)生了磁匯聚和磁對(duì)消。在兩次發(fā)生于同一個(gè)日冕亮點(diǎn)的爆發(fā)中,我們沒(méi)有觀測(cè)到磁對(duì)消。在大多數(shù)情況下,日冕亮點(diǎn)中的爆發(fā)涉及到色球物質(zhì)的排空,其排空物質(zhì)的形式要么是細(xì)長(zhǎng)的暗條狀結(jié)構(gòu)(迷你暗條),要么是一定體積的冷物質(zhì)(冷等離子體云),且同時(shí)還伴隨著日冕亮點(diǎn)或更高處的熱環(huán)。值得一提的是,我們還在3次爆發(fā)中探測(cè)到了日冕波。我們還發(fā)現(xiàn)在所有爆發(fā)的迷你暗條/冷等離子云的下方,都可以觀測(cè)到微耀斑。但目前仍然不能確定的是,到底是不穩(wěn)定的迷你暗條導(dǎo)致了微耀斑的出現(xiàn),還是迷你暗條下方的重聯(lián)導(dǎo)致了迷你暗條的不穩(wěn)定以及爆發(fā)。此外,在大多數(shù)的爆發(fā)中,冷的爆發(fā)等離子體會(huì)部分地或完整地遮擋住微耀斑,直到這些爆發(fā)的物質(zhì)遠(yuǎn)離了日冕亮點(diǎn)。在21次爆發(fā)中,有11次產(chǎn)生了迷你日冕物質(zhì)拋射。而且我們發(fā)現(xiàn)與迷你日冕物質(zhì)拋射相聯(lián)系的暗化區(qū)域由兩部分構(gòu)成,一是“暗”和冷的等離子,二是由等離子密度耗盡引起的日冕輻射衰減的區(qū)域。這項(xiàng)研究表明,在寧?kù)o太陽(yáng)區(qū)中的小尺度環(huán)結(jié)構(gòu),其演化是由它們的磁場(chǎng)足點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)和/或環(huán)境磁場(chǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來(lái)決定的,當(dāng)其演化到爆發(fā)階段時(shí),就會(huì)觸發(fā)日冕中冷和熱等離子體的拋射。
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：P182.62
【圖文】：

逡逑１．２太陽(yáng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)逡逑圖１．１顯示了太陽(yáng)的結(jié)構(gòu)。粗略來(lái)看，太陽(yáng)大體上可以分為兩個(gè)部分，太陽(yáng)逡逑本體和太陽(yáng)大氣。盡管太陽(yáng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)無(wú)法直接進(jìn)行觀測(cè)，但是日震學(xué)為我們逡逑打開(kāi)了一扇獨(dú)特的窗口。由于太陽(yáng)有成千上萬(wàn)的震蕩模式，這其中大部分的模逡逑式都是聲波模（也稱為Ｐ模，也就是壓力模），我們可以使用這些能穿透太陽(yáng)內(nèi)逡逑部的ｐ模波來(lái)研究太陽(yáng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)（Ｂａｓｕ，邋２０１０）。太陽(yáng)的本體根據(jù)其物理性質(zhì)的逡逑不同可以分為三個(gè)區(qū)域，由內(nèi)而外分別為核心區(qū)、輻射區(qū)和對(duì)流區(qū)。逡逑核心區(qū)正如其字面意思那樣，是太陽(yáng)的最核心的區(qū)域。其范圍從太陽(yáng)中心逡逑延伸到大約０．２到０．２５個(gè)太陽(yáng)半徑處。核心區(qū)占據(jù)了太陽(yáng)大約一半的質(zhì)量，也是逡逑太陽(yáng)上唯一發(fā)生核聚變的區(qū)域。在核心區(qū)

為２ｘｌ（Ｔ７ｇＣｎｒ３。由于光球?qū)拥妮椛湔剂颂?yáng)輻射的絕大部分，并且?guī)缀醺插义仙w了太陽(yáng)所有的可見(jiàn)光轄射波段，因此使得光球?qū)映蔀樘?yáng)上唯一肉眼可見(jiàn)的逡逑部分，同時(shí)也使得光球?qū)拥奶?yáng)大氣溫度有明顯下降（參考圖１．３）。逡逑在光球?qū)由�，最顯著的觀測(cè)現(xiàn)象就是太陽(yáng)黑子。太陽(yáng)黑子在太陽(yáng)光球?qū)由襄义媳憩F(xiàn)為暗的區(qū)域，這是由于其溫度明顯低于周圍物質(zhì)溫度的緣故。一般來(lái)說(shuō)，逡逑大部分尺度較大的黑子會(huì)由位于中心的本影結(jié)構(gòu)和圍繞本影結(jié)構(gòu)的半影結(jié)構(gòu)兩逡逑３逡逑

１．３．２邋色球?qū)渝义掀骄鶃?lái)說(shuō)，色球?qū)邮菑墓馇驅(qū)禹敹耍担埃板澹耄硖幰恢毖由熘粒常埃埃板澹耄砀叨壬系腻义弦粔K區(qū)域，典型厚度大約為２５００邋ｋｍ，位于光球?qū)优c過(guò)渡區(qū)之間（參考圖１．２）。逡逑太陽(yáng)大氣的密度隨著高度的上升一直在減小，色球?qū)右膊焕�，大氣密度從�?nèi)逡逑邊界處的２邋ｘ邋１ＣＴ７邋ｇｅｍ—３—直下降到了外邊界處的１．６邋ｘ邋１０＿１４邋ｇｅｍ－３（Ｋｏｎｔａｒ邋ｅｔ逡逑ａｌ．，２００８）。相較于密度變化，色球?qū)拥臏囟葏s呈現(xiàn)出相反的變化趨勢(shì)，從４５００逡逑Ｋ上升到了２００００邋Ｋ。由圖１．３中我們可以看出，從光球?qū)拥缴驅(qū)�，太�?yáng)大氣逡逑溫度的變化趨勢(shì)是先下降后上升，從而產(chǎn)生了一個(gè)溫度極小區(qū)，而這個(gè)極小區(qū)逡逑就成為了光球?qū)雍蜕驅(qū)舆吔鐒澐值臉?biāo)志。通過(guò)來(lái)自于色球中部的發(fā)射線（Ｃａ逡逑５逡逑

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本文編號(hào)：2758767