论文部分内容阅读
太阳宁静区小尺度磁场研究是近年来被普遍关注的一个热点课题,其主要原因在于宁静区小尺度磁场在太阳表面无所不在;与黑子和其它活动区磁场相比,宁静区小尺度磁场在太阳表面快速浮现和消失,它提供了太阳表面绝大部分的磁通量以及磁能。因此宁静区磁场对我们了解宁静日冕的结构、太阳色球和日冕的加热、太阳风的起源以及太阳湍动发电机过程是非常重要的。
本文的第一部分是关于宁静区磁场的研究现状和问题的一个综述,由此引入对本文工作的思考。论文的第二部分是作者对宁静区矢量磁场研究的原创性工作。基于高空间分辨率以及高探测灵敏度的Hinode卫星的观测资料,本文详细研究了宁静区太阳米粒中的矢量磁场以及Doppler速度,探讨了太阳米粒矢量磁场与太阳米粒的连续谱强度和Doppler速度之间的关系,在国际上首次利用观测数据给出了一个平均太阳米粒的模型;对网络内水平磁元进行分类,首次通过大样本统计分析了水平磁元的性质及其这些性质之间的关系,利用矢量磁场的观测对网络内磁场的磁结构进行了探讨;利用宁静区矢量磁场的观测数据,分析了宁静区磁场的非势性,研究了宁静区磁场非势性与Call波段观测到的亮点、G-band观测到的Filigree之间的关系。论文的原创性工作体现在以下三个方面。
利用Hinode卫星对三个靠近日面中心的深积分模式的Solar Optical Tele-scope/Spectro-Polarimeter(SOT/SP)数据观测,作者统计研究了太阳米粒的矢量磁场。作者手动选择了2100个米粒做为样本。作者发现一些米粒比宁静区的平均亮度要暗,而且米粒的连续谱强度和Doppler速度之间有一种线性的关系,也得到了米粒的纵向磁通量密度、横向磁通量密度、Doppler速度和连续谱强度的分布,测量了米粒的磁通量。在该项研究中,作者采用了两种方法。首先,作者通过所有米粒的样本,得出了每个米粒的平均磁性质。第二,在子样的基础上,作者构造了一个平均的太阳米粒模型,得到了矢量磁场、Doppler速度和连续谱强度在米粒中的详细分布。所有关于米粒的结果都和米粒暗径以及反常米粒的结果做了对比。主要结果如下:米粒的纵向和横向磁通量密度是正相关的:通常,米粒的纵向磁通量密度小于横向磁通量密度;平均而言,米粒中的矢量磁场比暗径中的矢量磁场更加垂直;矢量磁场主要分布在米粒暗径中:太阳米粒的矢量磁场、Doppler速度和连续谱强度在太阳米粒中的详细分布通过经验公式给出。
通过Zeeman效应导致的线偏振和圆偏振的测量,我们利用波长积分的方法得出了水平场和垂直场的定标曲线。我们发现宁静的网络内区域到处存在着水平磁场。我们把这些观测到的网络内水平磁场分为两类:一类是非孤立水平磁元,即在水平磁元演化的过程中伴随着垂直磁元的演化;另外一类是孤立水平磁元,即在水平磁元演化的过程中时空上并没有伴随着垂直磁元。定量的测量结果显示出:相比较非孤立的水平磁元,孤立水平磁元的水平磁通量密度较弱、并有着相对较短的寿命,但它们却与非孤立磁元有着几乎同样的空间尺度;不管是孤立的水平磁元还是非孤立的水平磁元,它们的寿命和空间尺度都存在着正相关关系,而且非孤立水平磁元的寿命和水平磁通量密度之间也存在着正相关关系,但孤立水平磁元的寿命和水平磁通量密度之间并没有关系;通过跟踪水平磁元的演化过程,作者发现:大多数的非孤立网络内水平磁元都对应着Ω-loop的磁拓扑结构,但一些情况下,作者无法断定磁元的拓扑结构;尽管水平磁元的磁通量密度很小,但它们却可以每天对太阳表面贡献1025 Mx的磁通量。
利用一个处于日面中心的SP数据观测,我们检验了宁静区磁场的非势性以及磁非势性与G-band波段观测到的Filigree和CaII H图像上的网络亮点之间的相关性。我们发现,宁静区磁场是很严重的偏离势场的。宁静区磁场的非势特征和垂直磁场的分布密切相关,磁非势性主要集中在网络场的边缘。Filigree和CaII H图像上网络亮点的磁场特征表现为:(1)很强的垂直磁场,(2)较大的电流螺度密度,(3)高的自由能密度。这些发现暗示了宁静太阳上的磁活动,即Filigree和CaII H网络亮点,与具有显著非势性和缠绕位型的强网络场相联系。同时暗示了带有较高磁非势性的网络场对太阳大气的加热起着重要的作用。