太阳爆发的抵近探测

本工作将介绍一项具有重大科学和实际意义的深空探测任务,这项任务的顺利实施将允许我们在一个前所未有的近距离上以遥感和实地探测手段相结合的方式观测和研究一颗恒星的磁活动以及磁重联区域.首先,我们将首次直接进入太阳风暴的核心能量释放区——磁重联电流片内部,对其中的磁场耗散、能量转换、带电粒子加速等重要过程的细节进行精细实地测量和研究.其次,我们将对太阳风暴,即日冕物质抛射(Coronal Mass Ejection, CME)的物质成分和内部结构进行直接探测,帮助我们深入研究和了解CME的爆发机制和其中的物质来源;实地探测快CME前面的快模激波,被磁重联和CME激波加速的带电粒子及其所产生的电磁辐射.第三,我们将在离开太阳5-10个太阳半径的距离上直接测量日冕磁场-太阳活动的能量来源.第四,利用成像和光谱观测手段,我们能够近距离地观测和研究太阳高层大气中的动力学过程.目前在地球附近对日冕常规观测的分辨率在1.5′′,甚至更差,而通过抵近观测可以将同样设备的分辨能力提高5-30倍,将为我们提供在地球附近无法获得的太阳超清晰图像以及相应的物理信息,让我们在一个前所未有的平台上来研究、认识和了解距离我们最近、对我们最重要的恒星,从而解决太阳爆发和日冕加热等长期困扰太阳物理研究领域的难题.这也将使我们获得唯一的、能够对发生在恒星大气中的磁重联过程进行直接或者是抵近探测的机会!     

日冕物质抛射与太阳耀斑的时序关系分析

日冕物质抛射表现为在短时间内快速地由日冕向外抛射出大量等离子体物质,这些物质进入星际空间,特别是日地空间,会对日地空间的磁场分布造成影响。采用自1996年1月3日至2009年7月31日的太阳耀斑和日冕物质抛射的样本,对日冕物质抛射和耀斑的时序关系进行分时间窗口统计研究。结果表明对于耀斑而言,日冕物质抛射与其有密切的时序关系且耀斑级别越大时序关系越密切。而对于日冕物质抛射而言,耀斑与其没有密切的时序关系,这可能是所选取的样本中包含大量太阳背面日冕物质抛射所致。这一结论可以用于日冕物质抛射预报。     

行星际日冕物质抛射中的磁流体波动观测

日冕物质抛射（CME）是最大尺度的太阳活动现象,灾害性空间天气的主要驱动源．行星际日冕物质抛射（ICME）中的等离子体波动性质与ICME的演化密切相关．由于ICME中的平均磁场较大,其中的Alfven低频扰动研究较少．前人的研究只分析了0．3AU和0．68AU处的个别ICME中的Alfven波动．ICME在1AU处的Alfven波观测较少．本文对第23太阳周1995—2006年期间所有引起大磁暴（Dst≤－100nT）的单个ICME事件进行统计分析,结果表明：（1）大约30％的ICME中长时间存在Alfven波（超过ICME持续时间的30％）;（2）约一半的ICME的鞘层中存在快磁声波;（3）所有ICME中都存在短时间段的慢磁声波．这些观测结果为研究CME在行星际传播过程时其中的Alfven波演化机制及其动力学演化提供了观测基础．     

太阳日冕的物理学导论

在过去的十年里，开创了太阳空间探测的新时代，从X射线、软X射线到射电在许多波段进行的探测和观测．覆盖了全波段。本书全面地介绍了太阳物理学，用等离子体物理深入地讲解了太阳日冕物理，讨论了等离子体的不稳定性、等离子体加热、磁重联和粒子加速过程，并给出了日冕加热和辐射在所有恒星中的基本过程的最后结果，详细地介绍了诸如太阳耀斑和日冕物质抛射等壮观现象。     

日冕物理的辐射磁流体数值模拟研究

太阳的最外层大气日冕中发生着多种活动现象,如耀斑、日冕物质抛射、日珥、冕雨等.为了深入研究这些活动现象的非线性物理过程,通过辐射磁流体数值模拟,构建多维数值模型是主流的研究手段之一.数值模拟日冕等离子体的宏观行为需要求解磁流体力学、辐射、热传导和加热等物理过程.首先简要介绍了求解这些物理过程的主流数值算法.求解磁流体力学方程组的数值格式由网格界面值的重构方法、黎曼问题近似解法、磁场散度控制方法和时间积分方法等部分组成.之后,综述了辐射磁流体数值模拟对太阳活动区磁环、耀斑、日珥和冕雨等日冕中的活动现象的研究进展.     

行星际空间多重磁云的研究与展望

多重磁云是行星际空间中的一类特殊的复杂抛射结构.它们是由于日冕物质抛射(CME)相互追赶、相互作用形成的,具有显著的地球空间环境效应.自从我们于2002年发现并确认了第一个多重磁云事件后,国际上对此开展了大量的研究.本文简要回顾多重磁云的相关研究工作和取得的成果,并分析研究过程中遇到的问题和瓶颈,最后对行星际动力学以及空间科学的发展进行展望.     

太阳磁场和太阳活动

正太阳活动是指太阳大气中由磁场变化引起的各类等离子体加热、运动和辐射增亮现象。太阳大气中最剧烈的活动现象是日冕物质抛射和太阳耀斑,前者可抛射出巨量的磁化等离子体至行星际空间,后者可在短时间内释放出大量的高能辐射和高能粒子,它们是日地空间灾害性天气的扰动源。太阳活动的基本根源是太阳磁场,而太阳磁场由发电机产生,较集中地分布于各类活动区中,或弥散地分布在宁静区中。偏离势场的磁场可以储存能量,当磁结构的演化达到一个临界点或者受到某种触发机制的作用时,就会产生太阳爆发现象。因此,研     

2003年10月与11月两次主要日冕物质抛射事件的空间天气效应比较

研究了分别发生在2003年10月28日和2003年11月18日的两次相似的强烈日冕物质抛射(CME)事件.通过比较这两次CME事件以及它们的行星际响应,分析了其伴随的两种主要空间天气效应:太阳高能粒子事件和地磁暴.这两次CME事件均伴随有一个强耀斑和一次暗条爆发,并且之前都有一个较弱的CME从同一源区产生.第一个CME事件引起了一次极大的太阳高能粒子事件,而第二个则没有引起明显的太阳高能粒子事件.这两次CME事件均引起了大的地磁暴,且第二个CME所引起的地磁暴比第一个CME所引起的地磁暴更强.通过比较分析这两次CME事件,以及与之相关的活动现象和对应的行星际磁云(MC),讨论了这两次CME引起不同空间天气效应的原因:形成不同强度的太阳高能粒子事件在于CME爆发过程中的能量释放率在这两次事件中显著不同,而地磁暴强度的差异则是由行星际MC轴的方向以及MC经过地球时的相对位置不同造成的.     

太阳的立体观测

本文分析了太阳物理研究的核心问题以及观测需求的发展趋势,阐述了对于太阳的立体探测尤其是太阳磁场的立体观测在科学上的必要性,预期了这样的观测对太阳物理研究将产生的重大影响.并同时介绍了我国太阳物理界所达成的未来(2035/2050)太阳活动立体探测计划,该计划将围绕三位一体的立体探测展开,即立体观测太阳磁场、立体观测太阳高能辐射、立体多波段观测太阳耀斑三维结构和日冕物质抛射等.     

快速旋转磁陀星驱动的类超新星现象研究概述

一颗快速旋转的高度磁化中子星(磁陀星)可能诞生于极端的恒星爆发或双致密星并合等过程.这一理论设想在近二十余年的伽马射线暴研究中常被提及且已受到诸多观测尤其是余辉观测的支持.因此,该新生磁陀星与这些爆发或并合产生的抛射物之间的相互作用及其产生的观测特征引起了人们的广泛关注.与此同时,近十余年来,随着宽视场高频次暂现源巡天项目的大量开展,人们陆续发现了为数不少的具有和普通超新星相似特征但又存在明显差异的光学暂现源现象,其典型代表有以高光度为主要特征的超亮超新星和以快速演化为主要特征的快变蓝色暂现源.这些现象为研究新生磁陀星驱动的类超新星爆发和辐射过程提供了现实途径.本文一方面概述了中子星的能量输出、中子星风和抛射物的相互作用及相应的辐射效应,主要包括抛射物热辐射主峰的增亮、主峰前由中子星风驱动的激波突破以及主峰后星风云非热辐射的泄漏等.另一方面,简要介绍了超亮超新星、伽马射线暴及其成协超新星或并合新星、快变蓝色暂现源等现象的主要观测特征,着重讨论了这些观测现象和中子星能源模型之间的相容性,以及模型和观测相结合所给出的参数限制.据此,可以更进一步地了解在相同的物理机制下产生不同观测现象的关键...     

太阳第23活动周爆发现象的自组织临界特征

通过对太阳第23活动周爆发现象的统计分析,研究了耀斑和日冕物质抛射(CME)的频数分布.数据涵盖了1996年1月到2008年12月GOES卫星观测到的23728个软X射线耀斑,以及SOHO/LASCO观测到的14017个CME.得到了耀斑的峰值流量、持续时间、等待时间的频数分布,以及CME的动能和等待时间的频数分布,发现这些参量的频数分布都符合自组织临界(Self-Organized Criticality,SOC)过程的预期.其中峰值流量、持续时间、能量的幂律分布可以用一个基于分形耗散的SOC模型来解释,而等待时间分布则可以用一个非稳态的泊松过程来解释.     

太阳活动区漂移电场引起的日冕瞬变

在太阳活动区，当离子声波湍动充分发展后库仑碰撞阻尼和朗道无碰撞阻尼全部可以被忽略，在电场力大于阻尼力的瞬间，电子和离子将突然逃逸，在一定条件下，将产生爆发日珥和日冕物质抛射。     

2.5 m大视场高分辨率望远镜

为了显著提升我国太阳物理研究水平、满足国家对空间天气监测和预报的重大战略需求,同时兼顾夜间时域天文学观测的需要,我们建议研制一架2.5 m大视场高分辨率望远镜(WeHiT).它将是世界上首架既做白天高分辨率太阳观测又做夜间大视场巡天观测、具有重大创新设计的特殊望远镜.它的科学目标覆盖了太阳物理、时域天文学、星系物理和太阳系外行星物理等天文领域的前沿热门课题,可为我国、特别是高校的天文学家提供一流的观测资料.特别是,作为全世界最大的轴对称太阳望远镜,具有比所有大型太阳望远镜更大的视场,可提供前所未有的太阳活动区高分辨率资料,在太阳活动区和太阳爆发现象(特别是耀斑和日冕物质抛射)的研究中有望取得突破性成果,并为我国空间天气学研究提供宝贵资料;作为中国时区的大口径、大视场望远镜,对于持续严密监控超新星、伽玛暴和大质量双黑洞等时变天文现象十分重要,将填补国际上的空白,提供在中国时区的第一手观测资料;同时在窄波段星系巡天、临近星系研究及系外行星搜索等许多领域提供宝贵的高质量资料.     

日冕磁场与等离子体综合探测望远镜

太阳物理研究亟待解决的重大核心问题包括了太阳爆发、日冕加热和太阳风加速等机制.揭示这些现象背后的发生和发展规律将为空间灾害性天气预报和相关天体物理研究提供精确有效的模型.建议设计的日冕磁场和等离子体综合探测望远镜(COronal Magnetism and Plasma ASsembled Scopes,COMPASS)由口径为1.26 m大型日冕磁场探测望远镜(COronal Magnetism Probing Telescope,COMPT)、口径为0.30 m中型二维成像光谱日冕仪(Two-dimensional Spectroscopic Diagnosis Coronagraph,TSDC)以及安装在COMPT上的0.09 m的口径小型Lyot日冕仪(COMPASS-SC)组成.COMPT主攻高度范围0.05–0.65太阳半径(R_(Sun))内矢量磁场和热动力学参量精确测量,TSDC聚焦在(0.10–1.50)R_(Sun)高度范围内对日冕等离子体的各项物理参量进行诊断以及提供全方位日冕结构和演化监测,而COMPASS-SC为COMPT提供其积分视场观测区域定位以及大视场日冕演化监测.这一组3台日冕仪功能互补互联,集中测量(0.05–1.50)R_(Sun)高度范围的矢量磁场和热动力学参量分布及其演化.由于其创新性设计,COMPT建成后不仅将成为国际上最大口径的折射式望远镜,也将成为第一台具有高偏振测量精度的多条谱线同时偏振成谱成像的日冕仪,而TSDC首次将白光偏振成像和谱线二维(线偏振)成像光谱测量功能集于一身.本文首先概括了COMPASS的科学需求和国外仪器的发展态势,然后从总体设计思想和理念、光机电初步设计等方面对COMPASS进行介绍,并特别阐述了围绕科学目标而做出的创新性仪器设计.     

统计观测模拟对比方法研究太阳高能粒子峰值强度与日冕物质抛射速度和源位置的相关性

对于多个具有共同特性粒子事件,采用一种统计的数值模拟方法,即将观测事件根据几个指标进行分类排序,并通过寻找每一分组的中值作为特征值,然后将上百个事件转化为几个特征事件进行数值模拟,缩短了数值模拟时间,同时得以考察观测内在的物理规律.并运用此方法对太阳高能粒子峰值强度分别与日冕物质抛射速度以及位置之间的相关性做了研究,最后得出与观测结果相一致的结论.该方法是数值模拟与观测分析研究的最佳结合,弥补了观测结果无法拆分开来考察单因素对事件影响的缺陷,同时也减少了对大量单个事件数值模拟的次数.     

瑞典上空的旗帜状极光

在短暂的瞬间,它酷似一面高50公里的镶边旗帜.2015年3月中旬,一例强烈的日冕物质抛射,顺着毫无遮拦的磁通道直冲地球而来,引起了近年来较强烈的地球磁暴.而视觉效应之一,是造成了广泛分布许多国家都可见到的极光活动.这幅摄于瑞典的基鲁纳镇的主题影像,呈现了大片不寻常的直纹极光帘,其中,绿极光来自较低层的地球大气,而红极光...     

机器学习在太阳物理中的应用

太阳物理研究已经进入大数据时代,而机器学习作为大数据研究的一种良好工具已经获得越来越多的认可.本文评述了自2007年以来机器学习在太阳物理中的应用.从结果上看,最近4年这一领域的研究明显增加.所利用的数据包括地面和空间的各种仪器、各种类型和波段的太阳观测资料.研究领域涵盖太阳耀斑、日冕物质抛射、太阳黑子等太阳物理研究的主要方面.目前虽然获得一些很好的结果,但尚未有突破性的进展.使用的机器学习方法涉及分类、回归、聚类、降维以及深度学习等手段,但经典的算法,尤其是分类方法依然占据主导地位.这意味着机器学习在太阳物理的应用还处于起步阶段,但同样也意味着在这一领域还有很多工作可以深入开展.     

星际物质对动态球对称带电黑洞非热辐射影响的研究

恒星内部依次进行的核反应促使恒星不断地演化 ,恒星演化到晚期的归宿将成为白矮星、中子星或黑洞 ,如果核能耗尽的晚期恒星经过物质抛射过程后的质量大于 3倍太阳质量 ,则简并的中子压力也将抵档不住引力的坍缩 ,星体将继续坍缩成黑洞 .自 1 974年Ｈａｗｋｉｎｇ提出任何黑洞都会产生辐射以来 ,人们为了探测黑洞进行了一系列的研究工作[1～ 4] .在理论研究方面 ,对稳态黑洞和动态黑洞的研究 ,特别是在对动态黑洞的热辐射和非热辐射研究方面取得的结果 ,促进了黑洞物理学的研究与发展 .在观测方面 ,自 2 0世纪 70年代以来 ,人们用各种可能的…     

定量的太阳活动预报参数研究

Chumak[1987]提出来一个结构参数（文中称为有效距离参数）来定量地描述活动区磁场两极之间相互远离或者相互靠近的程度。这个参数将为定量研究活动区詹场位型演化研究，以及定量研究活动区磁场住型与太阳耀斑，日冕物质抛射等太阳活动的关系等开辟新的思路，Chumak，张洪起和郭娟对于这个参数的研究和应用做了一些研究工作，但是目前对这含参数的应用还不是很多。该文通过实际应用验缸有效距离参数探讨定量太阳活动预报参数的应用。我们将用有效距离参数，总磁通和磁倾角三个参数综合的定量的研究2011年2月15日一次X2.2级耀斑事件的演化情况。     

黑洞熵与贝肯斯坦霍金熵

研究了黑洞形成过程中的熵演化,确立了一个基本观点,那就是确认引力場是将无序化星云转变成有序化黑洞的唯一的基本因素,而贝克斯坦-霍金熵正是引力场在形成有序化黑洞的过程中,黑洞向黑洞外抛射的无序化量子气态物质的熵,它已应不再属于黑洞的熵.因此,黑洞的熵应是黑洞抛射量子气态物质的熵之后的剩余熵.