太阳大气三维磁场结构及相关活动现象的研究

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1、DissertationforDoctorofPhilosophyThreeDimq；ionaIMagneticFieldinhreeDimensiOnaMagneuceInItheSolarAtmosphereandAssociatedActivitiesYangGUO—SupervisedbyMingdeDingandBrigitteSchmiederAstronomy：SolarPhysicsDepartmentofAstronomyatNanjingUniversityIle—de—FranceAstronomyand

2、AstrophysicsGraduateSchoolObservatoryofParis2011MayIIIIIIIHUlUUUIIIIIIY2373162太阳大气三维磁场结构及相关活动现象的毕业论文题目：研究天文学专业2008级博士生姓名：郭洋丁明德教授、布里奇·史密得指导教师(姓名、职称)：研究员摘要太阳大气由高度磁化的等离子体组成，磁场对理解太阳大气中的各种活动现象(比如耀斑、暗条、曰珥以及日冕物质抛射)起着至关重要的作用。近几年来发展的～系列非线性无力场外推的方法以及由先进的光谱偏振计得到的矢量磁场为太阳磁场本身以及相

3、关的活动现象研究提供了一个全新的视角。本论文针对太阳活动区及活动现象进行了深入的观测和无力场建模研究。首先，我们对偏振观测及磁场反演的有效性进行了探讨。其次，我们对活动区和暗条的三维磁场结构进行了详细的分析。我们系统地阐述了偏振光谱的观测、从斯托克斯参数到磁场的反演、矢量磁场的分析和太阳三维磁场的外推，在此基础上进一步分析了耀斑、暗条以及日冕物质抛射等活动现象的机制及其相互联系，得到了如下所述的新的结果。我们使用基于米尔恩一爱丁顿(Milne-Eddington)太阳大气模型的两个磁场反演程序构造和比较了两个光谱偏振计得到的矢

4、量磁图，其中一个是地面望远镜TIIEMIS上的多谱线偏振光谱仪(MTR)，另外一个是空间望远镜日出(Hinode)卫星上的光学望远镜分光偏振计(SOT／SP)。为此，我们分析T2008年5月23日NOAA10996活动区内一个光斑区域的观测。就磁场强度、方位角以及磁场倾角的分布而言，我们发现不同的磁场反演程序和仪器观测给出的结果是一致的。因为日出卫星的分光偏振计不受视宁度问题的影响，我们能够分辨出具有1”到2Ⅳ尺寸的磁极，并且能够探测到在负极和正极区域分别汇聚和散开的水平磁场。这些发现支持光斑是由小的磁流管束组成的。我们提出了

5、一个新的方法来得到多条谱线的相对形成高度，并且发现FeI6302．5A谱线比Fe15250．2A谱线形成在更高的大气高度。我们研究了2006年12月13日双带耀斑的三维磁场位形，特别是使用优化的方法来构造非线性无力场模型。外推所需的高空间分辨率的NOAA10930活动区的光球矢量磁场观测由日出卫星上的分光偏振计得到。磁场的拓扑结构可以描述为一个高度剪切的核区磁场加上一个接近势场的包层拱状磁场。核区磁场清楚地显示出一些用来支撑暗条的磁凹陷结构。由非线性无力场所包含的能量减去对应的势场能量，计算出的耀斑释放的自由能大约是2．4×1

6、031尔格，这个能量大约是耀斑前势场能量的2％。我们还计算了剪切角，即非线性无力场和势场的夹角。我们发现耀斑后剪切角在低层大气的某些位置变得更大，而在大部分的位置它们明显变小，这表明整个磁场位形在耀斑后变得更接近势场。太阳光学望远镜的宽带滤光成像仪(BFI)得到的CaIIH谱线图像和紫外的1600A图像显示耀斑前的加热主要发生在核区磁场。这些结果提供了支持太阳耀斑缰绳断裂(tether-cutting)模型的证据。我们还使用日出卫星上的极紫外成像分光计(EIS)观测研究了活动区内极紫外谱线的形成高度。在使用双高斯拟合解决了He

7、II256．32A和SiX256．37A谱线的混合问题之后，通过比较日面上的多普勒分布和磁场分布，我们发现过渡区在强磁场的区域会升高，在耀斑前加热的区域可能存在多种温度的环结构。使用非线性无力场外推的方法，我们还研究了NOAA10767活动区暗条的磁场位形。光球的矢量磁场通过THEMIS的多谱线偏振光谱仪在2005年5月27日观测得到。我们提出了一个新的去除横场180。不确定性的方法。通过使观测矢量磁场的总磁力和总力矩最小化来对观测数据进行预处理，这一步为非线性无力场模型提供了一致的底边界条件。然后，我们使用优化的方法计算了F

8、I冕的磁场，从而找到了一个沿着磁场极性反转线的磁通量绳。这个磁通量绳和一个Ha暗条的一部分在空间上对应得非常好，而整个磁凹陷的分布则对应了整个Ha暗条。这意味着这个暗条磁场结构的一部分是磁绳，而另外一部分是剪切的磁拱。磁拱在负螺度的磁场里诱生了一个左生的暗条，这和一个磁绳在相