太陽不僅是離我們最近的一顆恒星,同時也是唯一一顆可供我們近距離觀測的恒星。其為我們了解恒星演化規(guī)律以及極端空間條件下磁化等離子體行為提供了大量的觀測資料。與眾多天體類似,太陽的外面也被一層大氣所包圍。觀測表明太陽大氣并不是穩(wěn)定不變的,而是處在一個高度變化的狀態(tài),時時刻刻都發(fā)生著各種活動現(xiàn)象。發(fā)生在太陽大氣中的這些活動現(xiàn)象不僅與空間天氣密切相關,同時也深刻影響著我們的地磁場以及氣候變化。因此對太陽大氣的研究一直是太陽物理中的一個熱點。太陽大氣中存在著各種尺度各種時標的活動現(xiàn)象。這些活動現(xiàn)象主要包括各種波動、物質流以及快速能量釋放過程,它們本質上都是太陽大氣中磁化等離子體的動態(tài)過程。通常我們所觀測到的太陽活動事件均由多種動態(tài)過程組合而成。要真正理解太陽大氣的物理特性及其演化規(guī)律,毫無疑問需要我們對這些動態(tài)過程有深入的了解。然而由于觀測手段和技術水平的不足,以及太陽大氣本身復雜的結構特性,使得太陽大氣中的各種動態(tài)過程一直難以被很好理解。更加詳細和深入的了解這些發(fā)生在太陽大氣中的動態(tài)過程,需要觀測和理論兩方面的努力。本文基于最新的空間和地面觀測對太陽大氣中普遍存在的幾種動態(tài)過程進行了研究和分析。首先我們對冕環(huán)中的快模kink振蕩進行了觀測分析,首次發(fā)現(xiàn)相鄰冕環(huán)中存在明顯不同的振蕩,進一步分析則表明這種現(xiàn)象可能是由不同諧波主導。觀測結果也表明同一冕環(huán)中不同諧波的空間分布也不相同。這些結果都說明盡管具有相鄰的位置關系,相鄰冕環(huán)間物理特性的差異依然足以產(chǎn)生明顯不同的振蕩。此外對于同一冕環(huán)不同位置振蕩的研究則表明同一冕環(huán)不同位置的振蕩也可以有完全不同的表現(xiàn),這種現(xiàn)象是由偏的耀斑源激發(fā),其中遠離耀斑源的一側呈現(xiàn)振幅增長的相,而靠近耀斑源一側則呈現(xiàn)類似衰減的相,我們稱之為冕環(huán)的不對稱振蕩。由于觀測到的冕環(huán)本身及其背景環(huán)境都有著比較對稱的結構,我們認為這樣的不對稱振蕩現(xiàn)象可能是由于偏的激發(fā)源產(chǎn)生的不對稱激發(fā)所造成。對此我們提出一種可能的不對稱冕環(huán)振蕩模型,模型利用偏耀斑源對冕環(huán)不同位置的沖擊有著不同的法向分量,從而對冕環(huán)產(chǎn)生不對稱激發(fā),導致遠離耀斑源的一側在激發(fā)時獲得了更高的能量,形成一個不對稱的冕環(huán)振蕩。這種不對稱振蕩擁有不平衡的能量分布,在后期演化過程中不平衡的能量在冕環(huán)中來回流動造成了觀測到的不對稱冕環(huán)振蕩現(xiàn)象。依據(jù)現(xiàn)有的觀測結果,我們也在波動理論方面進行了一定的研究。在這方面本文主要對同激發(fā)情況下冕環(huán)快模kink振蕩與其物理特性之間的關系、密度演化導致的冕環(huán)振蕩頻率漂移、以及非均勻介質中的行波解做了理論分析。最終得到了相鄰冕環(huán)中快模kink振蕩對冕環(huán)物理特性的依賴關系,這為我們進一步利用相鄰冕環(huán)中的不同振蕩來反演其物理差異提供了理論基礎。同時也得到了冕環(huán)密度變化對其快模kink振蕩頻率的影響,為利用冕環(huán)振蕩中的頻率漂移來修正因密度變化造成的振幅變化提供了依據(jù)。而在非均勻介質的行波解方面,我們分析彈性波在非均勻介質的傳播特性,介紹了幾種特殊條件下的解析解,探索了離散化介質模型,為進一步了解和利用太陽大氣中的各種行波提供了參考。基于撫仙湖太陽觀測站一米新真空望遠鏡的數(shù)據(jù),我們也對寧靜日珥中的物質流進行了觀測分析。從中我們發(fā)現(xiàn)一個非均勻的寧靜日珥,其中的物質流也有著截然不同的表現(xiàn),在日珥的中部和腿部分別由循環(huán)物質流和下降流所主導,而兩個部分之間則存在較為穩(wěn)定的分界面。對日珥中部物質流的詳細分析表明日珥在該物質流通過期間有輕微的形變。而對日珥的輻射和磁拓撲結構的分析則表明日珥中不同物質流可能是由于日珥中部和腿部不同磁場結構及物理特性導致。該研究顯示日珥中的物質流本身攜帶了豐富的物理信息,這可能為我們進一步研究日珥的內部結構及動態(tài)平衡提供新的線索。太陽大氣中的擾動在不同的物理條件下會有不同的表現(xiàn),在穩(wěn)定介質中其主要以波動形式存在,而在不穩(wěn)定介質中就可能引發(fā)劇烈的能量釋放過程。作為擾動演化的另一個解,太陽大氣中的快速能量釋放過程則更加的璀璨奪目。這里我們對失敗爆發(fā)暗條中的快速能量釋放過程做了詳細的分析。從分析中我們得到了暗條爆發(fā)在其限制拱中激發(fā)二次能量釋放過程的明顯證據(jù)。此外我們也對這些能量釋放過程做了定量的分析,結果表明我們所研究的失敗暗條爆發(fā)事件中的能量釋放過程與成功暗條爆發(fā)有著明顯差異。大量的特征都非常符合鏈式泰勒耗散(Taylor relaxation)過程。該研究清楚地表明失敗暗條爆發(fā)中可以存在多種能量釋放過程,同時也豐富了我們對失敗暗條爆發(fā)的認識。
【學位單位】：中國科學院大學(中國科學院云南天文臺)
【學位級別】：博士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：P182
【部分圖文】：

第一章 引言任何一門學科都是一個系統(tǒng)的工程，需要各方面的知識。太陽物理也一樣，在正式開始展示我們所做的內容之前，這里我們首先做了一個小小的引子，用于簡單介紹一下太陽物理及其面臨的基本問題。1.1 太陽簡介作為同我們關系最為緊密的恒星，太陽一直影響著我們生活的方方面面。為了使大家對太陽有一個基本了解，下面我將從其恒星屬性，太陽系中心天體屬性以及日地關系三個方面講述太陽這顆離我們遙遠而又古老的恒星。1.1.1 恒星太陽

巨星分支階段。當其內部的氦核也燃燒結束后，小質量的恒星將不再啟動更重元素的核反應，從而逐漸冷卻，最終以一顆白矮星的形式結束其全部的恒星生涯。上述整個演化過程如圖1.1所示，而其在赫羅圖上的軌跡則如圖1.2所示[1]。圖 1.2: 一個太陽質量恒星在赫羅圖上的演化軌跡[1]2

其擁有整個太陽系約99.86% 的質量，同時也是整個太陽系主要的引力源。如圖1.3所示，我們太陽系幾大天體都在圍繞太陽的軌道上運動。正是由于太陽的存在才使得太陽系的眾多天體在現(xiàn)在的軌道上有序的運行。根據(jù)開普勒第三定律我們可知行星繞太陽運行周期與其本身質量無關，與其半長軸長度成正比。據(jù)此我們可以得出以地球為標準不同軌道的行星周期如表1.1所示，表中我們可以看出半長軸越長的軌道，則擁有越長的周期。作為太陽系的中心天體，太陽不僅為各大行星提供引力，同樣無時無刻的向外輻射著能量。太陽大氣基本上處于熱平衡狀態(tài)，因此可視為標準黑體，它的輻射滿足黑體輻射定律[1,2]I(ν, T ) =2hν3c31ehν/kT 1(1.1)1http://a2.att.hudong.com/36/17/14300000637152127348176083514.jpg3

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本文編號：2819658