原子模型对散射偏振理论轮廓的影响-论文.pdf

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1、第55卷第5期天文学报V01．55NO．52014年9月ACTAASTR0N0MICASINICASep．，2014原子模型对散射偏振理论轮廓的影响冰李昊，2十屈中权{f1中国科学院云南天文台昆明650011)(2中国科学院大学北京100049)摘要太阳磁场的诊断是太阳物理研究中非常重要的一部分．斯托克斯参量I、Q、U和可以用来完整描述偏振光的信息，对观测得到的斯托克斯光谱进行反演可以诊断太阳磁场的信息．近几十年来，塞曼效应成为磁场诊断的主要手段，利用塞曼效应使谱线产生的分裂可以诊断强度达到几百高斯的强

2、磁场，但是在太阳宁静区中存在大量强度小于100Gs的弱磁场，对于弱磁场可以利用汉勒效应来诊断，应用汉勒效应诊断弱磁场一直足磁场诊断的主要内容之一，需要对偏振的产生机制有更完整的理解．文章的主要内容是研究在采用小刚原予模型的假设下，由散射产生的谱线轮廓的区别，以及在存在磁场时，不同原子模型谱线的汉勒效应的区别．以中性镁为研究对象，选取了7能级、4能级和2能级原子模型，分别研究了这几个原子模型对散射偏振和汉勒效应的影响．发现2能级原子模型和多能级(7能级和4能级)原子模型产生的谱线的偏振度有很大的区别，并且

3、在2能级原予模型假设下b4线存在下能级的汉勒效应，但是在多能级的原子模型下b4线仍存在下能级的汉勒效应．对比7能级原子模型和4能级原子模型，谱线的偏振度只有很小的变化，汉勒效应的表现也基本相同．主要结论如下：在利用中性镁b3线的线偏振轮廓Q／I反演磁场时，至少需要采用4个能级的原予模型．这主要依赖于谱线彤成区域的原子的能级分布，原子能级占有数多的能级在研究中是必须考虑的．关键词太阳：磁场偏振，谱线：轮廓，散射中图分类号：P182；文献标识码：A1引言随着技术的发展，除了普通的太阳光谱测量外，还有斯托克斯

4、、Q、和表征的偏振光谱的测量，而后者包含了更多的信息．偏振产生的主要原冈是对称性的破缺，如散射导致的第二太阳光谱(SecondSolarSpectrum)、磁场产生的汉勒效应和塞曼效应等．冈此通过对偏振光的诊断，可以得到天体的磁场信息．而现今多数情形下对磁场的诊断主要是通过塞曼效应进行的，但是塞曼效应通常只能用于诊断使谱线分裂较明显的较强磁场，但是太宁静区中存在大量强度小于100Gs的湍流磁场[1】1而对弱磁场的诊断仍是现存2014—04—28收到原稿，2014—06—04收到修改稿国家自然科学基金项目

5、(11078005，11373065)及973项目(G2011CB811400)资助十sayahoro~ynao．ac．cn{zqqu@ynao．ac．cn392天文学报55卷的难题．Stenflo[。]和TrujilloBuen(】[3】指出可以利用汉勒效应来诊断弱磁场．汉勒效应产生的原冈是在弱磁场下原子不同的子能级之间存在干涉，干涉使谱线的偏振轮廓发生变化，并且会使偏振面绕磁场发生旋转．原子的汉勒效应对磁场的敏感范围通常可以由以下公式米估计：0．1B。≤B≤10B其中，(2)而tEfe利gJ分别表示

6、能级的寿命和Landd因子．应川汉勒效应来诊断磁场需要我们对偏振的产生和退化机制有一个完整的了解．本文主要侧重丁I研究不同的原子模型对中性镁b线偏振的影响．中性镁b线形成于太刚色球层．该3线的第二光谱由Stenflo等【】在2000年观测得到，nilloBueno指出要拟合该3线的偏振度需要考虑下能级的极化对谱线轮廓的贡献[5]_而考虑下能级的极化时．汉勒效应会对毫高斯范围的磁场十分敏感，可以用来诊断极弱的磁场[6】_在计算中我们考虑了下能级3S3P。Po，1．2、中间能级3S4S。S1以及上能级3S4

7、P。Po．1．2共7个能级．其中．中间能级3S4S。S1和卜能级3S3P。Po．1．2之间的跃迁形成中性镁的b线．中性镁的b线在真空中的波长分别为b4(5168．761A)、b2(5174．125A)和b1(5185．048A)．我们利LandiDegl’Innocel1ti[]在量子电动力学的基础上和完全频率再分布fcompletefrequencyredistribution)的假设卜得到的理论，对比了7能级、4能级以及2能级原子模型的散射偏振利汉勒效应使谱线偏振随磁场的变化．本文的主要结构如下：在

8、第2节简要介绍了我f『j使用的基本理论和模型．在第3节主要给出在7能级、4能级和2能级原子模型下中性镁b线的线偏振0／I轮廓和不同原子模型卜汉勒效应的影响．在第4节总结了我们的主要结论．2基本模型和方程在这一一1我们主要介绍使刚的原子模型和散射模型，以及在完全频率再分布假设_卜的统计平衡方．这些构成了我们计算的基础．2．1密度算符密度矩阵可以用来描述原子在各个子能态上的分布_9】．为了方便起见，我们使用Omont[10】和LandiDegl