太阳大气中磁重联的数值模拟

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磁重联是等离子体中的磁场在有限电阻的情况下,冻结效应局部破缺的过程,它能非常有效地将磁场能量通过扩散(实质是电流片的焦耳耗散)而转变为动能、热能和加速粒子的能量。在这个过程中,磁力线重组,扩散区的磁场方向或者/和大小必有变化。磁重联被广泛应用于解释各种类型的太阳爆发和加热事件,以及其他的一些天体物理活动现象。利用MHD数值模拟的方法来研究太阳物理中的磁重联,已成为一种重要手段,被人们广泛采用。   基于磁重联模型,我们利用数值模拟的方法研究了新浮磁流触发日冕物质抛射的模型,并对新浮磁流触发日冕物质抛射的三个参数进行了研究。我们继而分析了观测数据,对新浮磁流触发日冕物质抛射的资料进行了统计研究。在太阳大气中,尽管Ellerman炸弹和微耀斑发生在不同高度,但是它们有很多共同的特征,例如当它们爆发时都能加热低层大气,并且都伴随有物质运动,光谱的剩余强度轮廓都有发射等。观测结果表明,它们可能是由低层大气磁重联产生的。考虑了重力,电离和辐射,我们采用多步隐格式,对低层太阳大气中的磁重联进行了2.5维的磁流体力学数值模拟。   本论文的安排如下:   第一章,我们简要地介绍了磁重联和数值模拟的基本知识,以及日冕物质抛射与磁重联,低层大气中的太阳活动与磁重联的相关背景。   第二章,我们给出了磁流体力学数值模拟的公式与方法,包括基本的方程组,二维平面上的隐式和差分格式。   第三章,基于磁重联的模型,我们对新浮磁流触发暗条爆发,形成日冕物质抛射进行了数值模拟。研究了新浮磁流触发日冕物质抛射的物理模型,并对新浮磁流触发日冕物质抛射的三个参数进行了研究:新浮磁流的磁极走向、位置以及其磁通量的大小。我门给出了爆发区域与非爆发区域的参数空间。   第四章,我们统计研究了2002年和2003年的15个暗条爆发事例以及2002年的44个非爆发事例,对新浮磁流磁通量的大小、浮现的位置以及磁极走向三个参数进行了统计研究。发现是否能够触发日冕物质抛射,取决于新浮磁流磁通量的大小、浮现的位置以及其磁极走向。结果表明并非所有的新浮磁流都能够使暗条失去平衡,形成日冕物质抛射。统计结果与我们数值模拟的计算结果从定性上是一致的。   第五章,我们采用多步隐格式,对太阳低层大气中的磁重联进行了2.5维数值模拟。考虑了重力,电离和辐射。数值模拟的结果表明,低层大气磁重联可以定性地解释Ellerman炸弹和微耀斑的加热和剩余谱线强度轮廓。   第六章,我们总结了工作结果,并对未来的工作做了一些展望。
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