基于2013年日全食观测的太阳大气光谱分析
文献类型：学位论文
| 作者 | 朱冰茜 |
| 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 | 徐稚 |
| 关键词 | 日全食 光谱观测 日冕 |
| 学位专业 | 天体物理 |
| 其他题名 | Analysis of Solar Atmospheric Spectra from the 2013 Total Eclipse |
| 英文摘要 | 日全食是一种罕见的天文现象，来自太阳光球的强烈辐射被月球完全遮挡， 使科学家能直接观测太阳的高层大气。观测者能够在几乎没有散射光干扰的情况下，清晰地观测到太阳高层大气的结构，包括针状体等精细结构，以及冕流、冕洞等大尺度结构。光谱观测是日全食研究中常用的重要手段，常采用狭缝或无 缝光谱仪开展。随着月球对太阳的不同程度的遮蔽，观测者能够观测到天空光谱、闪耀光谱和日冕光谱一系列时间序列光谱。其中，天空光谱是日全食前残日阶段地球大气散射残日辐射形成的光谱，而闪耀光谱与日冕光谱的时间序列则可视为太阳大气沿高度方向的动态切片，为研究从光球层到日冕的大气结构提供了宝贵信息。 在2013年加蓬日全食观测中，本研究利用积分视场光谱仪（FASOT原理样机）在5162–5325 Å波段获取了天空光谱、闪耀光谱与日冕光谱的时间序列数据，覆盖多条光球、色球及日冕谱线。观测视场位于太阳东部边缘（约 0.04 R⊙），从残日阶段到食盛的进程中从北纬60度移动至35度。针对5×5光纤阵列数据，完成了暗场、平场、光谱提取、倾斜校正、波长定标与空间重构处理。利用“分段波长定标”方法提高波长定标精度，光谱分辨率约为0.12 Å/像素，波长定标误差约为0.24个像素（0.03 Å）。空间重构结果揭示了不同高度大气层谱线的分布特征，为后续分析奠定基础。基于对定标好的科学数据的分析，我们在以下方面取得了重要科学成果：多普勒速度分析与太阳大气的动力学特征研究。本研究系统分析了不同纬度视场下观测到的天空光谱、闪耀光谱与日冕光谱所呈现的多普勒速度特征。该研究的主要目的是通过精确测量形成于太阳不同大气高度谱线的多普勒速度来探测大气层动力学特性的复杂性。观测视场从太阳东部边缘外的高纬度区域逐渐向低纬移动，导致观测到的速度中引入了一个随纬度变化的太阳自转分量。该分量在最后残日阶段获取的天空光谱中表现显著：来自太阳东部边缘局部区域的散射光携带了对应纬度（约 60∘N 和 50∘N）的自转多普勒信息。我们采用刚体自转模型估算了各相关纬度下的旋转速度作为速度基线，并据此对闪耀光谱与日冕光谱中的等离子体本征运动进行了校正。校正后结果显示：光球层发射线无明显多普勒速度；色球层发射线在所有纬度上均表现出 −1 至 −3 km s−1 的额外蓝移；日冕发射线（Fe XIV 5303 Å）在高纬度宁静区内日冕区域呈现约 −2 km s−1 的额外蓝移，在低纬（35∘N）盔状冕流结构底部则达到最大额外蓝移，约为−6 km s−1。这些结果从侧向视角揭示了太阳大气不同高度层中局部等离子体具有复杂的动力学特征。利用闪耀光谱进行谱线强度分析。本研究利用2013年日全食期间观测到的闪耀光谱，结合日面吸收光谱，对谱线强度进行了深入分析。观测视场位于太阳东部边缘、接近第二接触点上方约 0.04 R⊙，邻近的残余贝利珠引入光球连续谱和大量光球弱发射线；色球辐射亦经地球大气散射进入视场，与本地日冕发射叠加，形成涵盖多个大气高度的发射光谱。结果显示，闪耀光谱的空间强度结构主要受视场高度与地球大气散射调制，增强了本地日冕绿线Fe XIV 5303 Å的可见性。另外，本研究选取18条发射线，覆盖光球至低色球层，计算了每条谱线的相对谱线高度（h 0）、日面对应谱线的相对谱线深度（d 0）及其比值（h 0 /d 0）， 并在指数密度下降、常数源函数的简化大气模型下推导其理论表达。分析发现h 0或d 0在不同谱线间差异显著，反映了不透明度的调制，但其比值可以视为源函数的可靠诊断指标。多条谱线结果显示：色球谱线（尤其 Fe II）比值最大；低FIP光球离子谱线（例如 Cr II 5237 Å 和 Sc II 5240 Å）居中；光球中性原子谱线最小。该趋势与经典模型中电子温度随高度上升一致，亦可能受到活动区中辐射增强的影响。本研究表明，闪耀光谱作为一种时间极为短暂和空间局限的现 象，在揭示太阳大气不同层次的谱线形成机制方面提供参考价值。本研究工作主要涉及了两个比较有特色的内容，分别是“积分视场光谱仪”和 “日全食光谱观测”。日全食为观测从光球、色球到日冕的发射特征提供了难得的机会。借助积分视场光谱仪，我们在短短两分钟的时间窗口内成功获取了珍贵的太阳大气光谱数据；同时，适宜的光谱分辨率也使我们得以覆盖更宽广的波段范围。在后续工作中，波长定标方法、积分视场光谱仪的视场大小、稳定性、光谱分辨率等均有待进一步提升。 |
| 学科主题 | 天文学 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 0 |
| 源URL | [http://ir.ynao.ac.cn/handle/114a53/28977]  |
| 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 | 朱冰茜. 基于2013年日全食观测的太阳大气光谱分析[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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