电离层与太阳活动性关系

秉含着不同时间尺度的太阳电磁辐射变化无疑会调制电离层. 作为电离层物理的核心 问题之一, 电离层对太阳活动性的依存关系是认知电离层结构与演变的基础. 本文简要地综 述最近一些年在电离层的太阳活动性依赖特性方面取得的进展, 涉及的内容包括: (1) 在太阳 辐射的观测与太阳活动指数方面, 以电离层研究的视角评述了太阳活动指数存在的问题, 统 计证实了太阳活动指数与EUV 辐射通量间的非线性关系, 以及改进太阳活动指数的一些努 力; (2) 阐述了在不同高度电离层的太阳活动性依赖性的工作进展, 特别是最近的统计研究发 现, 随着太阳EUV 辐射通量变化, 电离层电子密度变化趋势与所在纬度、季节、地方时和高 度有关, 可区分为准线性、放大和饱和3 种类型, 取决于不同的主控物理过程; (3) 太阳活动 历史序列和23/24 太阳活动周极低展示出太阳活动性存在极端现象, 讨论了太阳辐射极端条 件下的电离层状态; (4) 在电离层的耀斑响应方面, 对全球观测数据的分析研究揭示出耀斑期 间电离层响应与一些太阳参数的统计关系, 特别是修正了以往关于电离层响应与天顶角无关 的错误论断. 利用电离层模式成功模拟了耀斑期间电离层响应的季节、地方时变化和高度差 异等的观测特征. 以上相关工作有助于理解电离层的基本过程, 并为电离层建模、预报和相 关工程应用提供指导.     

太阳耀斑预报研究进展

太阳耀斑是指发生在太阳表面局部区域中突然和大规模的能量释放过程.它是空间环境的主要扰动源,对地球空间环境造成很大影响.太阳耀斑预报是空间天气预报的重要组成部分,对其研究具有重要的实用价值和科学意义.现有的大部分太阳耀斑预报模型是从观测数据提取预报因子,利用各种统计和数据挖掘技术建立预报因子与耀斑发生之间的关系模型,利用建立的模型对未来时间的耀斑发生进行预报.在预报研究中,预报因子、预报方法和预报模型是3个主要研究领域.其中预报因子的选取和数据处理尤为重要,是建立预报模型的前期工作.预报因子主要采用太阳黑子、磁场参量和分形因子等.预报方法包括统计方法、机器学习方法和数据同化方法.统计方法在早期的耀斑预报建模中用的较多,随着数据挖掘技术的发展,越来越多的机器学习方法应用到预报模型中并取得了较好效果.而近期发展的数据同化方法有更好的模型修正能力.预报模型早期基本使用静态模型,后来发展起来的动态模型具有更强的优势;而自组织临界模型在物理方面给了耀斑发生更多的解释.本文分别从这3个方面总结了耀斑预报的研究进展,结合中国科学院国家天文台太阳活动预报中心的工作,评述了一些重要的研究成果.最后,对未来的研究方向进行了总结和展望.     

中国科学院国家天文台太阳物理研究20年

中国科学院国家天文台自2001年成立以来,汇集了与太阳物理有关的创新研究队伍和观测基地,是我国规模最大的太阳物理研究群体,拥有理论研究、观测分析和设备研制等综合优势. 20年来,国家天文台成功运行着多通道太阳磁场望远镜和太阳射电宽带动态频谱仪等世界一流的观测设备,研制了全日面太阳光学和磁场监测系统及明安图射电频谱日像仪(Mingantu Spectral Radioheliograph, MUSER)等新一代观测设备,正在研制中红外太阳磁场精确测量观测系统(accurate solar infrared magnetic measuring system, AIMS)、我国首个空间太阳望远镜ASO-S(Advanced Space-based Solar Observatory)的有效载荷全日面磁场望远镜(full-disk magnetograph, FMG)、米波-十米波射电频谱日像仪和行星际闪烁射电望远镜等新设备.本文着重回顾近20年国家天文台研究人员取得的一系列开拓性研究成果或亮点研究进展,进一步展望未来我国太阳物理界将主要在太阳磁场、太阳射电和深空太阳探测方面进行的重点突破,推动在太阳和日地物理中解决科学难题,包括太阳磁场与太阳周的起源、日冕加热、太阳爆发起源及其对日地空间环境的作用和影响等.     

中国太阳物理学研究进展

太阳物理学聚焦于距离我们最近,也是对我们最重要的恒星,处于天文学、行星科学、空间科学、等离子体物理学等学科的前沿交叉领域.很多基本科学问题的解决——宇宙天体磁场的起源、恒星磁活动周的演化规律和形成机制、恒星磁活动如何影响宜居环境和生命起源、如何预报太阳爆发活动以防止其对人类造成灾害性影响——都将得益于太阳物理学的突破性进展.近10年来,太阳物理学进入了多信使、全波段、全时域、高分辨、多尺度、多视角和高精度探测的时代,而最新发射的帕克太阳探针和即将发射的太阳轨道飞行器,将开启空间太阳探测的新纪元.我国首颗太阳探测卫星——先进天基太阳天文台将于2021年发射.在这重大变革的前夜,我们回顾和梳理了近10年来我国太阳物理学者在认知太阳磁场性质、低层大气精细结构和动力学,以及太阳爆发活动形成机理等方面的突出进步,并展望中国太阳物理学的发展和中国学者未来可能做出的贡献.     

我国日地科学的进展

日地科学是研究太阳的能量、动量和质量如何经过行星际空间、地球磁层、电离层和中性大气而影响地球环境的科学。它有时也称为日地物理、日地关系、日地研究等。日地科学涉及太阳物理、行星际物理、磁层物理、电离层物理、热层及大气物理和化学,以及地球科学的有关领域,它更着重于研究日地系统不同区域之间的相互关联,以及这种关联的因果关系。目前的探测水平使人们更多地侧重于相邻区域之间的耦合过程。 在公元前1500年不迟于商代就已记载了最先看到的太阳黑子。我国史书中丰富的太阳     

太阳爆发对产妇分娩影响初探

2000年前后,太阳活动将进入第23周高峰年.太阳耀斑爆发引起宇宙环境的突然改变,将产生一系列的生物效应.自2O世纪20年代以来,关于“太阳-生物圈”问题的大量研究已表明,人体的许多生理指标都受到太阳活动的调制.本文从优生角度回顾、调查并分析了在第22太阳活动周期间,太阳耀斑爆发(简称太阳爆发)对产妇分娩的影响,发现     

太阳对流区模型

太阳是目前仅有足够空间分辨率的恒星。日震学提供一种探测太阳内部结构与运动的强有力的手段。因此太阳成为检验恒星演化和对流理论最理想的试验场。此外,研究太阳对流区结构对揭示太阳磁场起源和太阳活动的机理具有重要的意义。 一个成功的太阳对流区的模型要受到如下因素的制约:(1)原始太阳经过大约45亿年的演化后,必须具有其目前的光度和半径;(2)它必须给出与观测一致的太阳振荡频率;(3)     

中国空间科学锁定5目标

未来5年,中国将空间科学目标锁定在空间天文和太阳物理、日地空间物理、太阳系探测和研究、微重力科学、空间生命科学五大领域,主要内容包括将自主研制发射天文卫星、围绕“夸父”项目概念开展预先研究等诸多方面。国家航天局局长孙来燕博士向第36届世界空间科学大会提交了《中     

探讨我国在太阳物理领域中螺度研究的进展

太阳是距离地球最近的恒星,不仅对于日地空间环境具有重要的影响,而且作为独一无二的天然等离子体实验室,有助于理解宇宙中电磁相互作用的基本过程.螺度作为描述矢量场属性的基本参量,在理解太阳物理研究的核心课题——太阳磁场的起源和磁场能量的释放机制方面具有重要意义.本文探讨了螺度的基本概念(包括磁螺度、电流螺度、运动学螺度等),以及我国太阳物理学家在螺度研究中的主要进展,并对未来太阳物理中螺度研究的问题做了一些探讨.     

声音

"7波段太阳层析成像系统,是目前世界上波段最多的多波段层析成像系统,该系统对太阳活动的研究意义重大。"——中国科学院光电技术研究所副所长饶长辉从某种意义上说,太阳活动可以通俗地看作太阳的"天气变化"。而想对太阳大气进行"天气预报",除了常规的太阳望远镜观测以外,还必须开展多波段成像观测。目前,中国科学院光电技术研究所副所长饶长辉团队经过多年技术积累和科研攻关,突破多项关键技术,成功研制了7波段太阳层析成像系统,这是目前世界上波段最多的多波段层析成像系统。据介绍,多波段层析成像,就相当于给太阳"做     

我国首颗探日卫星“羲和号”发射成功

<正>近期,我国在太原卫星发射中心采用长征二号丁运载火箭,成功发射首颗太阳探测科学技术试验卫星"羲和号"。该星将实现国际首次太阳Hα波段光谱成像的空间探测,填补太阳爆发源区高质量观测数据的空白,提高我国在太阳物理领域的研究能力,对我国空间科学探测及卫星技术发展具有重要意义。     

太阳变亮了

最近，太阳亮度增强成为人们关注的话题。英国科学家通过前不久的日全食观测发现，日冕辐射有所增强，井预测到2000年太阳亮度可能增加千分之一。此说法得到了世界天文学家们的认同。通过长期的观察和研究，人类发现了太阳活动具有一定的规律，太阳活动周即为其中之一。据中国科学院国家天文观测中心副主任、中国科学院天文委员会主任、太阳物理学家汪景博士介绍，决定太阳亮度变化的太阳黑子、谱斑和磁活动由盛而衰、由衷而盛的活动规律，构成一个以11年为单位的太阳活动周。活动周内太阳的亮度由弱到强，一般会在千分之二内浮动。拍摄太阳…     

未来十年的天体探索目标——美国太阳以及空间物理环境第二个十年计划

为了更好地了解太阳活动规律以及来自太阳等离子风暴是如何影响地球或太阳系中的其他行星等,不久前,一份由超过85位科学家编制的美国未来空间天气计划,在提出如何完善空间预报监测网的同时,确定了具体的科学探索目标以及未来数年如何实施空间天气研究的多项建议。8月8日,美国国家研究理事会在华盛顿召开了新闻发布会,通报了美国未来十年太阳和空间物理环境优先部署的主旨调查报告(2013～2022)。发布会现场,报告起草委员会(下称委员会)主席、科罗拉多大学的丹尼尔·贝克(Daniel Baker),副主席、密歇根大学的托马斯·祖尔布肯(Thomas Zurbuchen)向到会的科学家、政府官员和媒体记者阐述了报告中的诸多亮点。     

太阳中子事件的观测特征与中子能谱的计算

太阳中子事件是与耀斑活动相关的偶发性即刻粒子事件, 主要表现为地面宇宙线探测装置的计数瞬时突增. 太阳中子携带着爆发源区的物理信息: 耀斑大气的元素组成、大气高度、磁场的会聚程度以及磁流体湍动等. 相对于其他带电粒子, 中子能够不受太阳磁场和行星际磁场的束缚而直达地面. 目前, 对太阳中子事件的理论研究, 主要是通过蒙特卡罗模拟, 考虑太阳耀斑环中磁场的螺旋角散射作用和磁镜效应, 计算耀斑磁环模型里各向异性中子的产生与太阳大气高度、时间、角度和能量间的关系, 计算逃逸中子的角分布和能谱, 以及逃逸到地球附近中子的能谱. 观测方面, 主要是结合地面中子监测器记录的超出时间与空间探测到的g射线核谱线发射峰值的时间差, 利用飞行时间方法(Time of Flight Method), 考虑中子监测器的探测效率和中子在地球大气中的衰减因素, 反演日面处的中子能谱. 本文依据已确定的10例太阳中子事件, 评述基本的观测特征, 介绍相应的观测仪器, 探讨太阳中子能谱计算的两种方法(观测法和模型法), 比较不同方法获得的计算结果; 并依托羊八井太阳宇宙线探测装置(中子监测器、太阳中子望远镜), 报道对太阳中子的初步交叉探测特征(1998年11月28日GLE事件和2005年1月20日GLE事件), 指出目前亟待解决的问题.     

国际火星探测科学目标演变与未来展望

火星探测是当前太阳系探测和行星科学的焦点.经过近60年的发展,火星成为除地球外,探测和研究程度最高的太阳系行星体,派生出火星空间环境、火星大气、火星表层/次表层物质组成、形貌构造、撞击历史、冰川和冰冻层、气候变化、火星内部结构等多个研究领域.火星陨石研究和实验室模拟研究(实验模拟、数值模拟等)也得以快速发展.火星的重大科学发现包含早期和现代的水活动证据、地质环境多样性、现代地质过程监测、甲烷和有机物的发现、大气组成和演化、当前和近期气候变化、重力场和表面辐射环境等.重大科学成果的取得得益于科学目标规划的指引,也影响着未来科学目标的制订.通过梳理美国火星探测项目分析组(Mars Exploration Program Analysis Group, MEPAG)近20年火星探测科学目标(生命、气候、地质、载人)的演变,展现出国际火星探测思路及未来探测重点.未来10年的火星探测将进一步认知火星内部结构、开启火星生命探测的新阶段和开展火星和火星卫星样品返回.中国开展的火星探测任务也将为国际火星科学发展做出贡献.当前火星仍有诸多重大科学问题未有解答,这些问题与太阳系的重大科学问题紧密融合,突显出火星探测在太阳系形成演化以及太阳系行星宜居性的形成演化研究中不可替代的重要地位.     

从"坐地观天"至"飞越太阳"

由上可知,研究太阳活动及其对地球的影响,不仅具有巨大的科学意义,而且还有重要的衫价值.其实早在20世纪初,天文学家就开始和地磁观测者联手探索太阳活动对地磁的影响.可是,天文学空"坐地观天",至多只能看到半个太阳,要想观看太阳的全部只能依靠太阳自转.     

表示谱线轮廓不对称性的一种方法

一、引言 太阳活动现象如耀斑、爆发日珥及环珥系等光谱的共同特征之一就是谱线轮廓的不对称性,它是复杂的太阳活动现象在光谱上的一种反应。产生谱线不对称的原因通常认为是由物质径向运动和在某些特殊物理条件下形成的,因此对轮廓不对称的观测研究是太阳活动现象研究的一个重要方面。叶式辉等曾用数值方法研究速度和源函数对谱线轮廓的影响,得到了一些有意义的结论。最近陈建等采用解析方法研究了日珥谱线的不对称性,得到具有普遍意义的结论。     

基于自动特征提取方法的太阳耀斑预报模型

在太阳耀斑预报模型中,首先需要从原始观测数据中提取刻画太阳活动区特性的物理特征参量,然后使用统计或机器学习方法寻找物理特征参量与太阳耀斑发生的关系,以达到建立太阳耀斑预报模型的目的.其中,太阳活动区物理特征的提取在整个建模过程中发挥着重要的作用,活动区物理特征的优劣直接决定着预报模型性能的高低.然而,随着机器学习技术的发展,机器学习方法中的深度学习算法能够从原始数据中自动提取特征,并建立预报模型.本文利用深度学习方法建立了一个太阳耀斑预报模型.与先提取活动区物理参量、再建立预报模型的传统机器学习方法相比较,本文所建立的预报模型具有更好的预报性能.     

窄带可调谐滤光器在太阳磁场测量中的应用

磁场测量是太阳科学观测中最重要的一部分,围绕磁场展开的相关研究是太阳物理的研究热点.磁像仪是一种可以进行高分辨磁场观测的精密测量器件,在地基和空间太阳观测中得到了广泛的应用.窄带可调谐滤光器是磁像仪获得窄带光的核心光学部件,其特性会对磁像仪的性能产生影响.滤光器分为两大类,具体可包括4种结构,不同结构具有不同的性能特征,可根据磁像仪的需求进行选择.本文调研了国内外著名地基、球载、空间太阳磁场望远镜,总结了太阳磁像仪中常用的各种窄带可调谐滤光系统的实现方式,滤光器的结构、原理、轮廓特性以及在磁像仪中的应用场景,归纳了不同太阳磁像仪滤光系统的设计特点和关键技术,以期为未来太阳磁像仪滤光系统的研制提供参考.     

小型太阳风暴累积效应受关注

<正>今天你看过空间天气预报了吗?虽然只有大规模的空间风暴才会给地球造成灾难,但有越来越多的证据表明,即便是小型的太阳活动也会对我们这个严重依赖现代技术的世界构成威胁——使得铁路信号失控、石油管道泄漏以及电网瘫痪。太阳风暴致信号灯失控一次强度类似1859年观测到的最大的太阳爆发可以影响全球的经济.