基于CHASE卫星的太阳黑子旋转多波段观测研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 向超 |
| 答辩日期 | 2025-07-01 |
| 文献子类 | 硕士 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 徐稚 |
| 关键词 | 太阳黑子旋转 多波段观测 Hα线心 Hα线翼 |
| 学位专业 | 天体物理 |
| 其他题名 | Multi-Wavelength Observations Of Sunspot Rotation Based On CHASE |
| 英文摘要 | 黑子作为太阳磁场的集中区域，其动力学演变过程通常伴随着磁能的持续累积，例如剪切、汇聚、涡旋等多种运动方式，往往会触发诸如耀斑或日冕物质抛射等诸多太阳剧烈爆发现象，对日地空间天气产生影响。本研究工作主要围绕黑子的自转运动，即黑子围绕其本影中心的旋转行为展开研究。同时，我们认识到多波段观测是实测太阳物理中一种普遍的研究手段。太阳大气是一个非常复杂的环境，从光球层到日冕层，大气的物理特性（密度、温度、磁场）呈现明显的变化。磁场和流场之间存在高度的冻结效应，且两者的主导地位在不同的大气高度上存在差异。因此，活动现象在不同大气高度上表现出不同的动力学特征。根据谱线形成机制理论，利用形成高度不同的谱线是探测不同大气高度信息的重要手段。因此，本工作也是借助多波段观测来研究黑子旋转运动在太阳大气高度方向上的变化。黑子旋转现象比较罕见，最早的发现可追溯至1909年Evershed所进行的谱线观测。但是对于黑子旋转现象的科学分析研究，是在具备高空间分辨率和高时间连续性的地面或空间观测设备问世之后才得以真正开展。例如，诸如太阳和日球天文台（Solar and Heliospheric Observatory，SOHO）卫星、过渡区和日冕探测器（Transition Region and Coronal Explorer，TRACE）卫星以及太阳动力学天文台（Solar Dynamics Observatory，SDO）卫星等空间设备，为研究太阳黑子的旋转提供了个案研究或统计分析的可能性。而针对黑子旋转的多波段研究，我们会面临一个问题：即太阳观测的多波段数据往往来自不同的仪器或设备，它们之间存在空间不对齐、空间分辨率以及时间不相同等问题，这为黑子旋转研究带来了较大的误差。为了避免这一问题，本文研究工作是利用了我国羲和（Chinese Hα Solar Explorer, CHASE)卫星所观测的光学厚H谱线。Hα谱线的线心、线翼以及连续谱形成于不同高度的大气，且设备的唯一性保证了数据在空间对应、时间分辨率、像元空间分辨率相同等方面的一致性。以下是文本研究工作的主要结论。本项研究工作共筛选出四组具备亮桥结构的太阳黑子，利用H谱线在特殊波长上的拼接单色像），细致地分析了黑子在光球层与色球层的旋转特性，以及它们在半径方向上的旋转特征。特别关注了亮桥结构的动力学演化对旋转角速度测定的影响。主要结论是：（1）四个样本的结果均表明，黑子旋转的角速度在线翼（）与连续谱（）保持一致，且角速度处于0.5°/hr - 2.0°/hr的范围内，与前人在连续谱波段结果基本一致。（2）三个样本显示，黑子在线心波段（对应色球层高度）表现出比线翼和连续谱（对应低层大气）更快的旋转速度，角速度差异约为0.1。这种旋转速度的相对快慢，或是磁张力、大气等离子体β值以及粒子密度随高度变化的耦合作用共同产生。但也有可能是亮桥形态和亮度出现动力学演化而造成。（3）三个样本黑子具有沿着径向贯穿本影的亮桥结构，从而用以进行不同波段的旋转在半径方向上的变化。分析显示，一侧的亮桥在各个波段上显示出旋转速度随半径呈现‘慢-快-慢’的特征，这与前人在单一连续谱波段上的发现比较一致。 而另外一侧的亮桥则显示出速度随半径逐渐增加的趋势，充分显示了黑子旋转的非刚性特征。本研究以太阳黑子的亮桥结构作为旋转运动的追踪对象，运用“极坐标展开”法和“时间-位置”切片技术，对位于太阳不同半球以及不同波段上的黑子旋转角速度进行了深入分析。结果发现，在不同波段中，黑子的旋转表现出显著的非刚性特性。但是，并没有发现黑子在不同波段中旋转速度的相对快慢存在绝对的规律性（相对快慢在一些情况下随半径位置和时间的变化而变化）。我们认为这可能是由于亮桥结构在不同波段中独特的动力学演化所导致。该工作的发现为后续以太阳黑子的精细结构作为示踪对象并进行旋转研究的分析工作提供了重要借鉴。实际上，鉴于亮桥等精细结构经历了复杂的演化过程，它们作为示踪体可能并不完全适宜测量太阳黑子在不同波段中旋转速度的相对快慢。若采用磁流体力学模拟黑子旋转速度的分层特性，则可能是一个更为恰当的方法。 |
| 学科主题 | 天文学 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 0 |
| 源URL | [http://ir.ynao.ac.cn/handle/114a53/28954]  |
| 专题 | 无名山观测站 |
| 作者单位 | 中国科学院云南天文台 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 向超. 基于CHASE卫星的太阳黑子旋转多波段观测研究[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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