太阳耀斑导致的黑子旋转

发布时间：2020-10-09 22:28

　　太阳耀斑期间的光球磁通的突然运动代表着日冕磁场重构导致的光球逆效应。但是,这种光球逆效应的运动模式以及物理机制目前还很不清楚。本论文研究了耀斑期间的各种光球磁场结构的突然运动以及伴随的通过光球的磁场螺度输运率的脉冲式的变化。根据空间卫星SDO的HMI望远镜的观测数据,本文发现了一个X1.6级耀斑期间的黑子旋转方向的突然改变。磁场外推模型显示对应的日冕磁场随着其单位长度上的扭缠缠度的增加而收缩。这意味着黑子的突然反转可能被由日冕到太阳内部的扭缠梯度导致的洛伦兹力所驱动。这些结果支持黑子的突然反转表征着耀斑期间日冕磁场的突然收缩的动力学过程。根据SDO/HMI的观测,本文进一步研究了发生于编号为12371的M6.5耀斑期间的一个逆时针的和两个顺时针的光球涡旋。逆时针的光球涡旋位于SDO/AIA观测到的爆发热通道的足点。两个顺时针的光球涡旋位于耀斑中性线的两侧。在这些涡旋发生的地方,光球磁场经历了突然的并且不可逆的磁场变化。磁场变化产生了作用于各个光球区域的洛伦兹力,这些作用力产生的力矩方向与对应的光球涡旋的方向一致。日冕磁场外推模型的结果显示这些出发于两个顺时针涡旋所在光球区域的磁力场在耀斑期间表现为突然的收缩和值增加。另外,这些从逆时针涡旋所在区域追踪的磁力线也在耀斑期间表现出明显的膨胀。这些观测结果意味着顺时针的光球涡旋可归因于耀斑期间的磁场收缩,而逆时针的涡旋可能是日冕磁场膨胀的结果。利用135秒一组的光球矢量场数据,本文调查了16个小于M5.0级的耀斑期间的通过光球的磁场螺度输运率的演化,发现16个耀斑事件中4个耀斑期间伴随螺度输运率的突然变化。这些结果意味着即使较小能量级别的耀斑也可能导致光球相反于活动区磁场螺度符号的螺度的异常输运。伴随着异常的螺度输运,通过光球的磁场能量输运率的符号由正的变为了负的。这意味着耀斑期间磁场螺度和能量均从日冕注入到了太阳内部。在这4个伴随螺度输运率突变的耀斑事件中,螺度输运率的变化的主要贡献都主要来自于靠近活动区的黑子的速度场的变化。所有这些黑子在耀斑期间都被耀斑带扫过,同时耀斑期间黑子都位于耀斑后环的足点处。这意味着黑子的运动很可能与耀斑期间的磁场重联过程有关。黑子的速度场表现为涡旋运动或者相对于位于中性线另一侧的磁极之间的剪切运动。而且,黑子的自旋运动和剪切运动均倾向于释放日冕磁场的扭缠程度或者剪切程度。另一方面,可发现耀斑期间作用于黑子的水平洛伦兹力有突然的改变,并且变化的洛伦兹力产生的力矩和水平方向合力均于黑子的速度场一致。这些观测结果表明耀斑期间磁场螺度输运的脉冲式的变化缘于洛伦兹力驱动的光球运动。
【学位单位】：中国科学院大学(中国科学院云南天文台)
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：P182
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章绪论
    1.1 耀斑导致的光球磁场的变化
        1.1.1 耀斑导致的光球视向磁场的变化
        1.1.2 耀斑导致的光球矢量磁场的变化
        1.1.3 耀斑导致的黑子结构的变化
    1.2 关于耀斑如何导致光球磁场变化的猜想
        1.2.1 磁场收缩
        1.2.2 磁场浮现
    1.3 光球磁场突变导致的光球洛伦兹力的变化
    1.4 通过光球的磁场螺度输运率
        1.4.1 通过光球的磁场螺度输运率的计算
        1.4.2 耀斑期间通过光球的磁场螺度输运率的计算
    1.5 黑子旋转
        1.5.1 黑子的持续旋转的观测研究
        1.5.2 黑子旋转的理论模型
        1.5.3 黑子旋转的测量
        1.5.4 耀斑导致的黑子旋转速率的突然改变
第2章观测数据
第3章耀斑期间的黑子反转
    3.1 引言
    3.2 数据分析
        3.2.1 事件概况
        3.2.2 通过光球的磁场螺度输运
        3.2.3 根据光球速度场估算黑子的平均角速度
        3.2.4 拟合黑子的椭圆的旋转
        3.2.5 光球磁场的改变
        3.2.6 作用于光球的洛伦兹力的变化
        3.2.7 日冕磁场外推
    3.3 主要结论及讨论
第4章耀斑期间的光球涡旋
    4.1 引言
    4.2 数据分析
        4.2.1 事件概况
        4.2.2 光球速度场和螺度输运率随时间的演化
        4.2.3 光球磁场及作用于光球的洛伦兹力随时间的演化
        4.2.4 AIA 图像系列的切片图
        4.2.5 非线性无力场模型磁场在耀斑前后的变化
    4.3 主要结论及讨论
第5章统计研究小于M5级耀斑的螺度异常输运
    5.1 数据分析
    5.2 主要结论及讨论
第6章总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果
致谢

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