极区日冕中准周期性扰动激发与传播的观测研究

发布时间：2018-05-22 17:47

本文选题：日冕 + 色球　；参考：《山东大学》2016年博士论文

【摘要】：日冕准周期性扰动是指日冕辐射强度随时间存在准周期性的起伏现象。在太阳极区冕洞中,这种扰动的周期主要集中在10-30分钟范围,并且扰动结构往往能够以接近当地声速(约100 km s-1)的速度沿着磁力线往外传播到超过2个太阳半径的距离。日冕准周期性扰动是太阳物理研究中的一个热点问题,研究的历史已有三十多年,虽然取得了很多进展,但是仍有一些重要的问题尚未解决。这其中一个最基本的问题是：这种传播的亮度结构的物理成因和本质是什么?由于日冕准周期性强度扰动的传播速度与当地声速相当,因此最普遍的看法认为它们是慢磁声波在日冕中传播的体现。但是,它们是如何被激发的?如果激发源在光球,那么将无法绕开低频慢磁声波在通过色球时会被反射而不能到达日冕的物理条件限制,由于这个原因,以往的数值研究往往将边界定在过渡区或日冕。另外一种观点则认为这种扰动是反复发生的等离子体喷流,但由于观测上很难区分波动还是流动,因而尚未得到证实。基于对日冕准周期性扰动的物理理解仍然有争议,并且其研究对日冕加热和太阳风物质供应可能具有重要的意义(如果理解为波动,那么它们的传播与衰减可能对于低层日冕的加热有贡献；如果理解成流动,则它们对太阳风的物质供应可能有贡献),本论文旨在通过分析太阳动力学天文台(SDO)获得的多波段高分辨率的观测数据,研究太阳极区冕洞内日冕强度扰动的观测特征、激发过程和传播性质,以深入理解这种现象的物理成因和本质。我们首先分析了SDO/AIA 171A波段观测到的极区冕洞内日冕准周期性强度扰动的观测特征。对观测区域内每一个像素点上辐射强度随时间的变化曲线进行傅立叶变换得到频域空间的幅值随频率的变化。通过选取特定频率(或频率段)的幅值(或幅值和),我们可以构建某个频率(或频率段)上的二维幅值图。相比于原始辐射强度图,日冕强度扰动在二维幅值图中更容易识别,在临边之外呈现为狭长的、射线状的精细结构。这些精细结构是日冕强度扰动的传播通道,同时与极区磁场的位形非常相似,因此很可能反映了日冕扰动沿着极区开放磁力线向外传播的性质。通过小波分析方法,我们能够对特定的日冕扰动结构进行频域分析。通过分析三组极区冕洞观测数据,我们对42个精细扰动结构的传播速度与周期进行了统计。我们发现扰动周期为20.8士6.8分钟,这与前人对个别事例的观测结果是一致的。对日冕准周期性强度扰动传播速度的研究发现了一个比较普遍的现象,即它们的传播速度可以分成两段,在传播路径的底部其速度较低,平均为42.6土14.6km s-1在传播路径的上部其速度相对较高,平均为117.2±25.3 km s-1这种传播速度的分布说明了日冕准周期性强度扰动的物理性质在传播过程中可能发生了改变,其底部较低的传播速度可能与其激发源的性质有关。通过对日冕准周期性强度扰动观测特征的了解,我们意识到它们的激发源可能来自太阳低层大气,且这种激发源的速度平均约为40km s-1。结合SDO/AIA仪器在较低温度波段304 A的观测,我们进一步研究了日冕准周期性强度扰动的激发源。为了有效跟踪日冕强度扰动的快速演化过程,我们提出了一种基于时间序列平滑的简单滤波方法。通过跟踪AIA 171 A观测到的日冕强度扰动以及304A波段观测到的临边针状体的演化,并分析了这两个波段观测到的太阳活动事件之间的关联性,我们发现了明确的证据表明针状体是日冕准周期性强度扰动的重要激发源。这个观测结果首次揭示了日冕准周期性强度扰动与低层太阳大气活动之间的联系：重复出现的色球／过渡区等离子体喷流(针状体)产生了日冕中的准周期性强度扰动。最后,我们通过研究两个不同波段(AIA 171 A和193A,代表不同日冕温度)观测的日冕准周期性强度扰动的传播性质来进一步理解它们的物理本质。通过分析扰动幅值随传播高度的变化,我们发现极区日冕准周期性强度扰动的衰减规律在临边之外35"(约25000km)左右的高度上发生改变。在该高度以上,强度扰动的衰减呈指数形式；而在该高度以下,扰动衰减随高度变化快且呈非指数形式。这表明强度扰动可能经历了两步式的衰减,而非在所有高度上通过单一机制衰减。这种观测结果与线性慢磁声波理论是不相符的。为了探索观测与慢磁声波理论不符合的原因,我们分析了日冕强度扰动的功率谱。我们发现日冕准周期性强度扰动在两个日冕波段观测得到的功率谱指数是大体相同的。我们还发现,在传播路径底部,在8-40分钟周期范围内,功率谱存在一个额外增强的部分。这可能是从太阳低层大气向上传输的扰动源对功率谱有所贡献。通过比较AIA 304A观测的针状体对应的功率谱和AIA 171 A观测到的日冕强度扰动的功率谱,发现两者有很好的一致性。因此,我们首次提出日冕强度扰动是由针状体激发的一系列随机独立的慢波脉冲列组成的,这些慢波脉冲列不仅携带了慢波本身的信息,而且反映了作为激发源的针状体间歇性发生的特征。
[Abstract]:The solar corona quasi - periodic perturbation is a hot topic in the solar physics research , but the most common view is that the perturbation is a hot point in the solar physics study . However , the most basic problem is that the perturbation is a hot point in the solar physics study . However , the most common view is that the perturbation is a thermal point in the solar physics study .
In this paper , we study the observation characteristics , excitation process and propagation properties of coronal quasi - periodic intensity disturbances in the coronal holes in the solar polar region .
In order to find out the reason for the non - conformity of the observed and slow magnetic acoustic wave theory , the power spectrum of coronal intensity disturbance is generally the same . We also found that the power spectrum of coronal intensity disturbance is the same in the range of 8 - 40 minutes .
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P182.2

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