YNAO OpenIR  > 抚仙湖太阳观测和研究基地
耀斑的触发机制与能量来源
其他题名EnergyOriginationandTriggeringMechanismofSolarFlare
陈国荣
学位类型硕士
导师闫晓理
2021
学位授予单位中国科学院大学
学位授予地点北京
学位专业天体物理
关键词触发机制 磁重联 剪切 磁浮现 光球的传输能量
摘要太阳耀斑是太阳大气中磁能剧烈释放的现象之一。耀斑的爆发伴随着一系 列高能现象,包括𝛾射线、X射线在内的极紫外辐射到波长延绵数公里的射电爆 发,高能粒子流,有时还伴随着物质大规模的抛射现象。对耀斑的研究一直是太阳物理的一个热门课题。耀斑所产生的高能现象对地球空间环境有巨大的影响。因此,如何准确地预测耀斑的爆发变得尤为重要。 要准确地预测耀斑,就要研究耀斑的物理机制,包括贮能过程,触发过程,释放 过程。针对这些问题,我们利用抚仙湖1米新真空太阳望远镜的H𝛼高分辨图像 数据结合 SDO 多波段图像数据、磁场数据。对活动区 NOAA11861 发生的三个 耀斑进行详细地研究。 首先,我们介绍了太阳活动的基本概念,耀斑的研究历史,磁重联的基本概念,以及耀斑触发和能量释放机制,地面和空间望远镜观测数据。之后,我们对耀斑进行两个方面的研究:耀斑的触发机制、耀斑能量积累过程。 第一个研究方面:利用SDO/AIA多波段观测数据和NVSTH𝛼图像数据,我 们发现活动区 NOAA11861 连续的三个耀斑均发生在同一位置、具有相同的拓 扑结构、具有相当的耀斑等级、均为束缚耀斑。这种耀斑可以称为是同性质束 缚耀斑,它们具有相同的物理机制。通过HMI磁场数据研究的磁场的演化过程, 我们发现在耀斑发生区域内存在连续的磁浮现。此外,磁通量和平均横场在耀斑爆发前均有明显的减小,这可能表明磁重联在爆发之前就已经进行。速度场和磁场表明耀斑区域内有明显的剪切运动,磁场横场在磁中性线附近有明显的剪切。 通过对比耀斑爆发前后H𝛼图像上色球纤维结构发现,不同磁环间存在明显的重 联迹象。我们认为是连续的磁浮现和剪切运动驱动磁重联,而磁重联最终触发了这一系列耀斑。 第二个研究方面:耀斑爆发所需要的自由能可以来自光球表面的浮现和剪切运动。利用矢量磁场数据和求得的速度场,结合光球能量的传输公式,我们可以计算在一段时间内通过光球表面剪切和浮现运动所注入的能量。通过计算表明浮现和剪切运动积累的能量和耀斑的等级相当,这说明光球表面运动传输的能量足够产生这些耀斑。我们认为这个区域之所以会重复出现同性质耀斑,是因为这些耀斑的产生均是由于剪切和浮现运动的结果。通过剪切和浮现运动积累能量,然后剪切和浮现在另一方面又驱动了磁重联而触发了耀斑。这些耀斑本质上是重复的能量积累和释放过程所表现出来的结果。经过上述的研究进一步增强了对束缚耀斑形成机制的了解。
其他摘要Solar flares are thought to be one of the violent energetic events involved in the sudden release of magnetic energy stored in the active region(AR). The flares are accompanied with a series of high energy phenomenon, such as,𝛾 ray and Xray. Some flares are involved with ejecting a large amount of magnetic structures and materials into interplanetary space, which is known as CMEs. The flares can strongly affect the space environment of earth. Thus, the accuracy in the predicting of the flares are quite significant. Studies on the trigger mechanisms of solar flares are quite important in predicting the occurrence of flares. By using H𝛼 data from the New Vacuum Solar Telescope(NVST) at the Fuxian Solar Observatory together with multi-wavelength images and magnetograms obtained by the Solar Dynamics Observatory, we study the detailed process of three homogenous confined flares in active region NOAA 11861 on 2013 October 12. As shown in the multi-wavelength images, all of the three flares occurred at the same location, with similar morphologies and comparable classes. These flares can be implied as homogenous flares. Through analyzing the evolution of magnetic field and flow field, we found an emergence of magnetic flux and a strong shearing motion between two opposite polarities near the following sunspot. The magnetic flux and the average transverse field strength exhibited a decrease before a few moment of each eruption and reached the lowest point at the onset of each eruption. We deduce that the flux cancellation may have been going on a few before the eruptions. Meanwhile, the reconnection between different loops was observed in H𝛼 images during the occurrence of each flare. These result suggest that the shearing motion and flux emergence drive the magnetic reconnection between the different loops to destabilize the topology of magnetic structure and finally triggered these eruptions. The free energy to power the flares can be accumulated by the emerging and shearing motion of photosphere. By calculating the shearing and the emergence energy in the photosphere, we found that the integral of energy injected from the photosphere, for a few hours, could provide enough energy for the flares. In summary, the emerging magnetic flux and the shearing motion in the photosphere can inject the energy to the sheared magnetic loops and the energy was finally released via magnetic reconnection to power the solar flares.
学科领域天文学 ; 太阳与太阳系 ; 太阳物理学
学科门类理学 ; 理学::天文学
页数57
语种中文
文献类型学位论文
条目标识符http://ir.ynao.ac.cn/handle/114a53/25468
专题抚仙湖太阳观测和研究基地
作者单位中国科学院云南天文台
第一作者单位中国科学院云南天文台
推荐引用方式
GB/T 7714
陈国荣. 耀斑的触发机制与能量来源[D]. 北京. 中国科学院大学,2021.
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