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太阳矢量磁场测量是太阳物理研究中的一个基本问题,由于观测原理和仪器制作等方面的制约,测量受到各种因素的影响,磁光效应(Faraday旋转)是其中的一种。该效应主要影响横场方位角的测量精度。这使得利用矢量磁场资料计算各种非势参量时存在一定的不准确性。然而,由于Faraday旋转效应与其他众多的复杂因素共同包含于所观测的磁图中,所以在磁图中寻找Faraday旋转效应的分布一直是很困难的问题。最近的一些工作给出了单个黑子磁图中Faraday旋转效应导致的方位角误差的分布趋势,该论文的主要成果是在此基础上从不同黑子磁图中找出了方位角差分布的共同定量特征,并通过与偏振辐射转移方程的数值解作对比,给出统计消除常规测量磁图中磁光效应影响的方法。这一方法的提出对采用怀柔太阳矢量磁场资料作统计研究时消除磁光效应影响具有重要意义,也为其它同类仪器资料的相关处理提供了重要启示。将这种方法应用于第22和23太阳活动周984个活动区的矢量磁图中,通过分析这一大样本矢量磁图的统计结果,发现口面螺度和磁场的最大值出现的时间先后与从Parker发电机方程导出的螺度与磁场相位关系截然不同,这将给发电机理论提出新的挑战。
主要成果详细表述如下:
1.比较怀柔太阳观测基地视频矢量磁像仪在工作谱线FeI λ5324.19 A线心和线翼-0.12 A处获得的三个活动区(NOAA AR 10325、10484、10377)的矢量磁图,发现在剔除方位角相关性较弱的像素点后,不同活动区线心线翼方位角差在相同纵场间隔中的平均值呈现定量的一致性,并且与Suand Zhang (2004b)推得的Faraday旋转效应导致的方位角差值相吻合。
2.进一步考虑了Faraday旋转引起的方位角差随纵场和倾角的二维分布,把纵场(Bz)和倾角(ψ)分别以100 G和30划分间隔。结果显示方位角差显然随Bz增大而增加,随ψ增大而减小,并且在B每100 G间隔中方位角差的幅度变化非常小。可以用方位角差与纵场的多项式拟合关系定量描述Faraday旋转在磁图中的分布,其关系由式(1)△δφo= 0.0114×IBzI表示。另一方面,利用偏振辐射转移方程数值解得出的Faraday旋转在线心和线翼(-0.12 A)处引起的方位角差与纵场的分布关系,由式(2)△δφt=0.0149×|Bz|-1.455×10-6×Bz2表示,并且与式(1)所描述的观测结果进行比较,获得两者定量的一致性。采用观测和理论结果对三个活动区非势参数(纵向电流、部分电流螺度、平均无力场因子)的改正表明,从单个活动区的线心观测磁图获得的各参数平均值在改正后非常接近线翼观测值。也给出由偏振辐射转移方程数值解得出的在线心处Faraday旋转引起的方位角差值与纵场的分布关系,由式(3) δφ0.00=0.0254×|Bz| - 3.975×10-6×Bz2表示。将三个公式应用到393幅矢量磁图并计算其中的强纵场(|Bz|> 500 G)电流,结果表明公式(1)、(2)可以消除磁图中Faraday旋转效应所导致的部分伪电流,而公式(3)几乎消除其中全部伪电流。
3.在上述工作的基础上,分析了磁光效应对于984个活动区中螺度参数(部分电流螺度、平均无力场因子)统计计算的影响,尤其是对两个太阳活动周期半球螺度符号手征性的影响。通过对每一周期相应半球所选活动区中Faraday旋转效应的具体分析,展示了为什么Faraday旋转效应对部分电流螺度的影响比平均无力场因子显著。而且Faraday旋转效应增强(减弱)22 (23)周半球螺度符号的反对称性,改正Faraday旋转效应后部分电流螺度、平均无力场因子遵守半球螺度法则的活动区比例接近60%。在此基础上,研究了这一大样本矢量磁图随日面纬度的分布和太阳活动周的演化。将这种演化与黑子蝴蝶图相对照,发现日面螺度和磁场的最大值出现的时间与从Parker发电机方程给出的结果截然不同。为太阳发电机理论提供了新的观测挑战。