空间环境学导论论文太阳磁场

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1、太阳活动区磁场测量的原理及方法摘要：太阳的大多数现象和过程都与太阳的磁相互作用密切相关。本文分析了现在各个国家在空间和地面对太阳磁场探测的情况。详细介绍了太阳磁场探测所运用的原理：止塞曼效应和逆塞曼效应。太阳光谱中的谱线既非纯发射线，也非纯吸收线，需耍建立求解谱线的Stokes转移方程，只耍测出Stokes方程中的参量，就可以推算出磁场的三个要素磁场强度B,磁偏角申和磁倾角B的值。世界上测量太阳向量磁场的仪器主耍有两大类型：滤光器型的和光谱仪型的向量磁像仪。它们的测量原理是相似的，差异只是从光谱波段屮分离磁敏线范围的辐射方法不同。木文详细介绍了怀柔太阳磁场望远镜的工作原理。从分析可以看

2、出目前太阳磁场的测量主耍是塞曼效应，测得的主要是太阳光球层的磁场，色球和日冕层的磁场的测量精度有待提高。我国的空间太阳磁场探测平台有待进一步完善。关键词：太阳磁场，塞曼效应，Stokes方程，怀柔太阳磁场望远镜1前言太阳磁场的测量和研究是太阳物理的一个重要分支，I大I为太阳的大多数现象和过程都与太阳的磁相互作用密切相关，只有当我们对太阳磁场的现彖和规律有深入止确的认识后，才能理解太阳活动的本质。太阳磁场被认为是太阳物理中最为关键的物理现象，至今关于太阳有很多没有解决的难题如輝斑爆发、日冕物质抛射、磁流体激波的产生、磁流涌现、磁区的生长与衰减以及太阳黑子周期等复杂的现象其实都与太阳磁场有

3、着密切的联系，真至有人认为太阳的光度变化也受太阳磁场的控制，这对H地关系会产生深远的影响。不深入了解太阳磁场，就无法理解太阳各种奇特现象的形成，也不可能全面地了解恒星的结构和演化。许多发达国家从科技、军事的角度加大从事太阳磁场研究的力度。早在上世纪九十年代，日木的发射了YOHKOH(1991)、欧美发射了SOHO(1995)和美国的TRACE(1995)等卫星⑴。口地关系天文台是美国宇航局和约翰•霍普金斯大学联合研制的两颗太阳探测卫星，于2006年发射升空，分别位于地球绕太阳公转的轨道前方和后方，目的是在不同的角度对太阳进行立休观测，拍摄太阳的三维图像。两颗卫星在结构上有细微的并别。运

4、行在地球轨道前方的卫星叫做STEREO-A,运行在后方的叫做STEREO-B。⑵早在1976年，中国就尝试制造第一颗太阳观测卫星，由于种种原因，直到整整40年后的今天，中国仍没有自己的太阳“专屈”探测卫星上天。中国科学家团队正全力以赴推进太阳探测卫星计划。他们希槊赶在下一个太阳活动峰年的前夕(即2021年)，将其射入轨道，以完整记录太阳活动第25周的“太阳风暴”。这一“太阳Z眼”的名字叫“先进天基太阳天文台(ASO-S)中国科学院国家天文台怀柔太阳观测基地，建成于1984年，隶属于中国科学院国家天文台，是国际著名的太阳磁场观测台站之一。多通道太阳望远镜由五个不同功能的望远镜组成，组装

5、于统一的带有光电导行的跟踪系统上，同时用14个CCD接收工作，后接图象、录象和计算机系统。这是我国独创的，世界唯一的，能同时测量太阳上不同层次、不同尺度的视频矢量磁场、速度场，以及通过光谱扫描获得光谱线轮廓和Stokes参数轮廓的，高吋间、高空间分辨率、高灵墩度和适当光谱分辨率的，高科学含量的综合望远镜，是FI前世界上具有领先水平的最强大的综合功能的太阳望远镜系统Z—。主耍用于太阳物理的基础研究，H地关系应用基础研究以及太阳活动对空间环境和通讯骚扰预报等应用研究。2太阳磁场测量原理太阳磁场是分布于太阳和行星际空间的磁场，分大尺度结构和小尺度结构。前者主要指太阳普遍磁场和整体磁场，它们是

6、单极性的，者则主要集中在太阳活动区附近，H绝大多数是双极磁场。对于太阳磁场的测量，现在主要通过磁场对屯磁辐射的影响进行测定。这些影响表现为塞曼（Zeeman）效应，帕邢■巴克（Paschen-Back）效应、汉勒（Hanle）效应、拉津（Razin）效应等。迄今为止,天体磁场测量的绝大部分工作都是以塞曼效应为依据做出的。2.1正塞曼效应1896年，荷兰物理学家赛曼把炽热的金属放在磁场中，发现了它的发射谱线的分裂，而且分裂的情况与方向有关。⑶根据原子光谱理论，处在磁场屮的原子能级将会空间量子化，能级发生了分裂。一条谱线的上下能态分裂为（2J+1）个子能态，那么谱线也将发生分裂，这种现象称

7、为赛曼效应。在太阳大气屮，磁敏谱线通常只是三分裂的情况，即谱线在外磁场中分裂为三条子线：一条兀子线，波长不变；两条o子线，波长产生位移。这种分裂称为止常分裂。顺着磁力线的方向观测，一条谱线分裂成两条支线（歼,6）,各在原来谱线的一侧,如图1（甲）；而从垂直于磁力线的方向观测,一条谱线分裂为三条支线，其中一条（疗）与原来的谱线波氏一样，另外两条各在它的一侧如图1（乙）。这种分裂称为正常塞曼分裂。两条o子线的塞曼裂距AX表达式⑷为A/l=4.67x