暗条精细结构及其动力学演化的观测和数值模拟研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 周承瑞 |
| 答辩日期 | 2025-07-01 |
| 文献子类 | 博士 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 李可军 ; 申远灯 |
| 关键词 | 太阳耀斑 太阳暗条 太阳磁场 太阳活动 |
| 学位专业 | 天体物理 |
| 其他题名 | Observation and Numerical Simulation of The Fine Structure and Dynamical Evolution of Solar Filaments |
| 英文摘要 | 日珥或暗条是悬浮于日冕的太阳特征体，是太阳物理的基本研究对象之一，它由低温高密的部分电离等离子体和特殊的磁场结构所组成，在日面边缘，暗条呈现为亮的突出结构，因此有时暗条也被称为日珥。暗条的爆发会触发太阳耀斑，形成日冕物质抛射，产生高能粒子，造成灾害性的空间天气，严重影响人类的现代生活和宇航探索。研究太阳暗条现象是深刻理解太阳耀斑和日冕物质抛射的基础和钥匙，对建立空间天气的物理模型具有重要的意义。虽然人们对暗条的科学观测已经有一百八十多年的历史，但是由于它们本身形态多样，等离子体和磁场结构复杂，以及暗条内部和周围的磁场很难精确测量等诸多原因，暗条的许多观测现象一直是未解之谜。人们对暗条的观测表明，暗条具有多种精细结构。由于人们对暗条的精细结构认识不充分，使得暗条的各种物理过程变得复杂且难以理解。本文针对暗条精细结构形成及其动力学演化过程开展了详细的多波段观测和三维数值模拟研究，取得了如下结果。日珥中多普勒靶心结构的成因，至今仍未得到解决。我们利用太阳动力学天文台和日地关系天文台的立体观测数据，日本京都大学飞弹天文台的太阳磁活动研究望远镜观测数据以及三维数值模拟技术，通过追踪一个长期存在的跨赤道暗条，对其物质流的成因和演化过程展开了详细研究。区别于前人的研究结果，我们发现暗条中的双向物质流和日珥中的多普勒靶心结构可由暗条或日珥一端反复出现日冕喷流导致，在喷流等离子体沿日珥的螺旋磁场结构传播的过程中，部分喷流等离子体由于动能不足而无法穿越日珥磁绳结构的顶端，这部分等离子体将减速并沿相同或相邻的磁力线回落，从而形成反向物质流。该回落物质流与继续前进的喷流物质运动方向相反，从而形成观测到的双向物质流。当日面暗条旋转至太阳边缘成为日珥时，如果观测者沿日珥轴向观测日珥中的多普勒速度，这种双向物质流便被探测到为日珥中的多普勒靶心结构。磁通量浮现通常被视为太阳暗条爆发的关键触发原因。然而很多磁通量浮现活动并不能导致暗条或日珥的爆发。实际上，在特定情形下磁通量浮现对暗条爆发具有抑制作用。目前，人们对磁通量浮现对暗条爆发的抑制作用的研究还相对匮乏，具体物理机制和详细物理过程仍不清楚。利用太阳动力学天文台的多波段观测数据，我们分析了一个宁静暗条下方暗条通道内的不利于磁重联的磁通量浮现事件对暗条爆发的抑制作用。研究结果表明，暗条通道内浮现的磁偶极子直接与暗条磁场相互作用并发生磁场重联，从而导致了一系列的喷流。该观测结果直接为磁通量浮现导致双向日冕喷流提供了可靠的观测证据。浮现磁偶极子与暗条的相互作用并未导致暗条的爆发，但是这一过程导致了暗条在磁重联位置处的断裂。浮现磁偶极子达到最大后便开始逐渐对消，在磁偶极子从光球逐步衰退的过程中，原本被断开的暗条又重新连接，并最终恢复原状。多波段观测分析和三维数值模拟研究结果表明，磁通量浮现事件通过减小暗条系统向上净力来抑制暗条爆发，具体包括三个方面，1）磁浮现增强了约束场的向下磁张力，同时降低了暗条磁绳的向上箍缩力；2）暗条通道的衰变指数在通量绳高度处恢复到较低值，低于圆环不稳定性的临界阈值；3）正磁螺度浮现磁通量通过重联向负磁螺度暗条的磁螺度转移可能减少了核心磁绳的扭缠，进一步稳定了系统。另外，我们发现暗条的精细结构（如暗条纤维）的形成演化与浮现偶极和暗条水平磁场的重联过程密切相关。综上所述，本论文通过采用地面和空间望远镜提供的多波段高分辨率观测数据和三维磁流体力学数值模拟方法，对暗条精细结构及其动力学过程开展了详细研究，提出了一种新的暗条内部双向物质流起源的物理机制；揭示了暗条通道内不利于磁重联的磁通量浮现抑制暗条爆发的物理机理；并为双向日冕喷流的经典理论模型提供了可靠的实测支持。这些研究成果为理解暗条精细结构及其动力学过程提供了新的线索，拓展了对暗条相关物理过程的理解和认知。目前，人们对太阳暗条精细结构的形成和动力学演化规律还不太清楚，许多谜团的揭开还需要依赖未来更高分辨率观测数据和更多的模拟工作开展。 |
| 学科主题 | 天文学 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 0 |
| 源URL | [http://ir.ynao.ac.cn/handle/114a53/28968]  |
| 专题 | 云南天文台_抚仙湖太阳观测站 |
| 作者单位 | 中国科学院云南天文台 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 周承瑞. 暗条精细结构及其动力学演化的观测和数值模拟研究[D]. 北京. 中国科学院大学. 2025. |
入库方式： OAI收割
来源：云南天文台
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