日冕磁繩的災(zāi)變及相關(guān)現(xiàn)象研究.pdf

1、太陽大尺度爆發(fā)活動(dòng)是日地空間活動(dòng)的主要擾動(dòng)源，主要包括日珥（暗條）爆發(fā)、耀斑和日冕物質(zhì)拋射等現(xiàn)象。這些爆發(fā)活動(dòng)彼此之間并非獨(dú)立，它們通常被認(rèn)為是同一個(gè)日冕磁繩爆發(fā)活動(dòng)在不同的時(shí)間范圍和空間區(qū)域內(nèi)的具體表現(xiàn)形式。研究日冕磁繩爆發(fā)的現(xiàn)象和機(jī)制，對于理解這些爆發(fā)現(xiàn)象的物理過程，促進(jìn)空間天氣預(yù)報(bào)的發(fā)展有重要意義。
　　本文主要研究的是日冕磁繩爆發(fā)的災(zāi)變驅(qū)動(dòng)機(jī)制，以及與之相關(guān)的觀測現(xiàn)象的分析。首先，我們利用數(shù)值模擬的方法，研究了日冕磁繩系統(tǒng)

2、的災(zāi)變特性，包括不同光球?qū)哟磐ǚ植枷孪到y(tǒng)災(zāi)變演化特性的差異，以及日冕磁繩系統(tǒng)中存在的不同類型的災(zāi)變現(xiàn)象等等;然后，我們研究了衛(wèi)星觀測到的一個(gè)典型的太陽爆發(fā)活動(dòng)事件，分析了其中的動(dòng)力學(xué)演化過程，以及爆發(fā)活動(dòng)的驅(qū)動(dòng)機(jī)制，并在此基礎(chǔ)上，與數(shù)值模擬中的得到的磁繩的災(zāi)變演化特性進(jìn)行對比分析，從而對這個(gè)爆發(fā)活動(dòng)的演化過程給出一個(gè)系統(tǒng)完整的描述;此外，我們還研究了太陽爆發(fā)活動(dòng)所驅(qū)動(dòng)的波和振動(dòng)現(xiàn)象，利用振動(dòng)參數(shù)，估算局地物理參數(shù)并分析波的相關(guān)物理性質(zhì)。

3、
　　1.日冕磁繩系統(tǒng)的災(zāi)變特性
　　在現(xiàn)有的觀測條件下，日冕中的磁場位形無法直接測量，只有光球?qū)拥拇磐ǚ植伎梢灾苯佑^測到。因此我們嘗試?yán)脭?shù)值模擬，研究光球?qū)哟艌鰲l件與日冕磁繩系統(tǒng)災(zāi)變特性之間的關(guān)系，以期能夠?yàn)樘柋l(fā)活動(dòng)的預(yù)報(bào)工作給出理論上的依據(jù)。通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)的向上災(zāi)變特性與光球?qū)哟磐ǚ植加兄芮械穆?lián)系:如果光球?qū)踊顒?dòng)區(qū)的正負(fù)極性靠得過近，或是正負(fù)極性對應(yīng)的源區(qū)過弱，都會造成磁繩系統(tǒng)中不會發(fā)生向上災(zāi)變，即在這種光球

4、層磁通分布下，磁繩系統(tǒng)不會爆發(fā)。我們對部分開放場和全閉合背景場的情況都進(jìn)行了計(jì)算分析，發(fā)現(xiàn)磁繩系統(tǒng)均滿足類似的結(jié)論，這表明背景場的開放性不是決定系統(tǒng)是否存在災(zāi)變的唯一因素，任何會改變背景場位形的參數(shù)都有可能影響系統(tǒng)的災(zāi)變特性。同時(shí)，通過詳細(xì)分析有災(zāi)變的情況，我們還發(fā)現(xiàn)災(zāi)變演化過程的激烈程度同樣受光球?qū)哟艌鰲l件的影響:正負(fù)極性距離越大，源區(qū)越強(qiáng)，系統(tǒng)的演化過程越激烈，即磁繩系統(tǒng)的活動(dòng)性越強(qiáng)。
　　在以往的研究中，分析的都是向上災(zāi)變的

5、演化過程。通過數(shù)值模擬計(jì)算，我們發(fā)現(xiàn)，除了以往被廣泛研究的向上災(zāi)變以外，日冕磁繩系統(tǒng)中還存在一個(gè)磁繩向下運(yùn)動(dòng)的災(zāi)變，被稱為向下災(zāi)變。向下災(zāi)變的過程中，即使系統(tǒng)中不存在磁場重聯(lián)，磁能同樣會被釋放。在這種情況下，系統(tǒng)主要通過洛倫茲力的做功來釋放磁能，且其量級與太陽爆發(fā)事件釋放能量的典型值相當(dāng)。因此，洛倫茲力在災(zāi)變中起到了重要的作用。在此基礎(chǔ)上，我們進(jìn)一步研究了光球?qū)哟磐ǚ植紝ο蛳聻?zāi)變的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)了類似的結(jié)果:只有當(dāng)磁通分布滿足特定條件，

6、系統(tǒng)中才會發(fā)生向下災(zāi)變。值得注意的是，在研究中發(fā)現(xiàn)，向上災(zāi)變和向下災(zāi)變總是伴隨出現(xiàn)，即系統(tǒng)存在向上災(zāi)變或是向下災(zāi)變時(shí)，需要滿足光球?qū)哟磐ǚ植枷嗤?br>　　2.通量注入過程引起爆發(fā)活動(dòng)現(xiàn)象的觀測分析
　　通過對一個(gè)爆發(fā)日珥事件的觀測分析，我們發(fā)現(xiàn)在日珥爆發(fā)之前的兩天時(shí)間內(nèi)，發(fā)生了至少三次通量注入過程:來自色球?qū)拥睦w維狀物質(zhì)上浮，與上方的日珥相互作用并最終融合在一起。這種通量注入過程會通過色球纖維結(jié)構(gòu)向日珥中注入磁通量，從而引起日

7、珥緩慢抬升速度的明顯增加，并最終爆發(fā)形成日冕物質(zhì)拋射。通過分析外部磁場隨高度的衰減，我們發(fā)現(xiàn)正是由于通量注入過程，使得日珥上升到外部磁場衰減足夠快的高度，于是系統(tǒng)發(fā)生了torus不穩(wěn)定性從而導(dǎo)致了日珥的爆發(fā)。因此，通量注入過程就是這個(gè)日珥爆發(fā)事件的驅(qū)動(dòng)原因。
　　通過與數(shù)值模擬中得到的日冕磁繩系統(tǒng)災(zāi)變演化特性的對比分析，我們發(fā)現(xiàn)，正是通量注入過程不斷的將磁通量注入了日珥所在的磁繩系統(tǒng)，使得系統(tǒng)逐漸演化到所對應(yīng)的災(zāi)變點(diǎn)，于是系統(tǒng)失衡

8、產(chǎn)生災(zāi)變。由于災(zāi)變點(diǎn)恰好就是torus不穩(wěn)定性發(fā)生的臨界狀態(tài)，因此災(zāi)變的具體演化過程表現(xiàn)為torus不穩(wěn)定性。
　　3.太陽爆發(fā)活動(dòng)產(chǎn)生的波和振動(dòng)現(xiàn)象的分析
　　太陽的爆發(fā)活動(dòng)還會引起許多其他的觀測現(xiàn)象。我們研究了一個(gè)大尺度EUV波事件，它是由一個(gè)耀斑產(chǎn)生的日冕物質(zhì)拋射所驅(qū)動(dòng)的。EUV波在傳播的過程中，與傳播路徑上的冕環(huán)和日珥相互作用，驅(qū)動(dòng)冕環(huán)和日珥開始振動(dòng)。通過分析觀測數(shù)據(jù)，我們得到了冕環(huán)和日珥的相關(guān)物理參數(shù)。利用這些參數(shù)