太阳背景磁场对太阳爆发活动的调制作用

论文摘要

耀斑和日冕物质抛射（coronal mass ejection,简称CME）是剧烈的太阳爆发活动,它们爆发时往往会影响地球空间环境,从而影响人类生活。这两种太阳爆发活动之间联系很紧密,它们一般被认为是同一物理过程中的不同表现。日琪/暗条的爆发也常伴随着CME,所以这三种太阳爆发活动都有密切联系,那么这些太阳爆发活动在其爆发过程中的行为是受什么因素调制呢?本文将通过统计分析并结合个例研究去探索这个问题,从而加深对太阳爆发机制的认识。一、爆发耀斑和束缚耀斑所在活动区背景磁场的比较研究虽然耀斑和CME联系紧密,然而研究表明耀斑和CME有时也并不一定同时发生,比如一些耀斑发生时并没有观测到对应的CME。基于耀斑发生时是否伴随着CME,耀斑被分为爆发耀斑（伴随CME）和束缚耀斑（不伴随CME）,那么是什么因素在调制着这两类耀斑的爆发行为呢?本文将研究两类耀斑所在的活动区背景磁场,通过统计研究,揭示决定耀斑爆发时能否伴随CME的最重要的因素和一些相关的结论。1.爆发耀斑和束缚耀斑对应临界高度的统计分析我们选择了2011-2015年60个M级及以上的双带耀斑作为研究样本,并根据是否伴随CME分成两类,其中爆发耀斑35个,束缚耀斑25个。我们计算了耀斑所在活动区磁场极性反转线（polarity inversion line,简称PIL）上方不同高度磁场的衰减系数n=-d 1n B/d1nh,并基于电流环不稳定性（torus instability,简称TI）插值出磁场衰减系数为n=1.5（TI的阈值）时对应的高度,定义为临界高度hcrit（critical height）。结果发现束缚耀斑对应的临界高度均值要明显大于爆发耀斑的值。两类耀斑的临界高度的分布都存在明显的峰值,分别在20-30Mm和60-70Mm处取得对应峰值。我们认为活动区背景磁场随着高度的衰减规律是决定一个耀斑爆发能否伴随CME的关键因素。2.磁场的衰减系数随着高度变化的曲线形状统计分析我们发现磁场的衰减系数随着高度变化的曲线形状有两种:一种是随着高度增加,磁场衰减系数单调增加,结果显示80%以上的耀斑的n（h）曲线属于这种情形;另一种是n（h）曲线形状为马鞍形,即随着高度的增加,磁场衰减系数先增加后减小再增加,这种情况仅有9个事件。9个马鞍形事件中有5个爆发耀斑和4个束缚耀斑,比较发现爆发耀斑的n（h）曲线在鞍底（曲线最低处）的值整体上要比束缚耀斑的值大一些。3.临界高度hcrit和活动区磁场正负磁重心距离d之间的关系及耀斑对应活动区磁场类型研究研究发现临界高度hcrit和活动区磁场正负磁重心距离d有很强的相关性:hcrit约为d的一半。按照我们对活动区磁场类型的分类标准,60个耀斑事件中70%来自于多极场活动区,其它来自于偶极场。9个n（h）曲线为马鞍形的事件均来自于多极场活动区,但是这不能说明多极场的活动区就能产生马鞍形事件,因为一些n（h）曲线为单调增加的事件也来自于多极场活动区。通过上述研究,我们发现对耀斑能否伴随CME有着重要的调制作用的因素是活动区背景磁场的衰减规律,而爆发结构的背景磁场的衰减规律也可能会受到其附近区域磁场重联的影响,从而影响其爆发行为,本文将通过一个“同调”爆发事件的机理研究来说明这点。二、“同调”爆发事件的机理研究我们会在太阳上不同的地方,先后间隔较短的时间内观测到几个有联系的太阳爆发活动,这种现象称为“同调”爆发事件（sympathetic eruption）,但是一般很难确定“同调”的爆发活动之间的因果关系。本文对先后发生在2014年12月20日活动区NOAA AR 12242及其附近的几个“同调”爆发活动之间的联系进行了研究。结合观测和分析,我们发现类似的滑动磁重联是联系各个爆发活动的重要的纽带。其中本文还给出了宁静区的大尺度磁重联的观测证据,而之前关于这样的报道并不多见。观测表明磁场重联的结果是持续的把一个暗条上方的磁通转移到另一个暗条之上,从而影响两个暗条上方的背景磁场,结果使后者上方的磁场束缚变强,无法成功爆发,前者上方的磁场束缚变弱,并最终因为电流环不稳定性而爆发出去。总之,通过上述两个研究,我们发现背景场的衰减规律对太阳爆发活动有着重要的调制作用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 引言
•   1.1 太阳的分层结构
•   1.2 大尺度的太阳活动
•     1.2.1 日珥/暗条
•     1.2.2 耀斑
•     1.2.3 日冕物质抛射
•   1.3 太阳活动的爆发机制
•   1.4 仪器介绍
•     1.4.1 SOHO卫星
•     1.4.2 STEREO卫星
•     1.4.3 SDO卫星
•     1.4.4 NVST望远镜
• 第2章 双带耀斑中电流环不稳定性的临界高度的研究
•   2.1 引言
•   2.2 数据的获取
•   2.3 耀斑样本的选择
•     2.3.1 双带耀斑的选择
•     2.3.2 耀斑的分类
•   2.4 磁场的衰减系数和临界高度的计算
•     2.4.1 磁场的势场外推
•     2.4.2 磁场的衰减系数和电流环不稳定性的临界高度
•   2.5 统计结果
• crit和磁重心距离d的相关性统计'>    2.5.1 临界高度h_crit和磁重心距离d的相关性统计
• b的统计'>    2.5.2 n（h）曲线形状以及马鞍形曲线的n_b的统计
•     2.5.3 活动区复杂性的统计研究结果
•   2.6 结论和讨论
• 第3章 一个“同调”太阳爆发事件的机理研究
•   3.1 引言
•   3.2 事件的爆发的总体过程
•   3.3 事件所在区域磁场位形分析
•   3.4 滑动磁重联
•   3.5 讨论和总结
• 第4章 总结和展望
• 参考文献
• 致谢
• 在读期间发表的学术论文与取得的研究成果

文章来源

类型: 博士论文

作者: 王东

导师: 刘睿

关键词: 太阳耀斑,日冕物质抛射,暗条,电流环不稳定性,磁重联

来源: 中国科学技术大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 天文学

单位: 中国科学技术大学

分类号: P182

总页数: 119

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