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[博士论文] 谢海霞
等离子体物理 山东大学 2018(学位年度)
摘要:自1940年代以来,“日冕温度为什么高出光球两个量级”这一问题一直是太阳物理中有待解决的核心难题。冕环是日冕的基本组成单元,直接测量其物理参数(如电子密度、温度、非热速度、磁场强度等)沿冕环的空间分布对日冕加热机制的探索起着重要作用。冕环参数的已有测量要么关注单个或少数几个非完整环,要么仅讨论单个完整环,而且没有同时给出冕环的三维几何结构和磁场信息。从这个意义上说,具有统计意义的完整冕环参数的测量显得相当迫切。本文的第一个工作试图填补这一空缺。
  利用了HINODE/EIS的光谱扫描观测数据研究了50条完整冕环的等离子体物理参数。其中有11条冕环为冷环(温度小于1MK),39条为温环(温度在1MK到2MK之间)。共诊断了以下物理参数:电子密度和温度、填充因子、多普勒速度以及非热速度。在诊断物理参数的过程中,细致考虑了背景减除的效应。首次将光谱诊断和线性无力场外推结合起来,获得了冕环的几何信息以及磁场信息。
  使用线性无力场外推获得冕环的三维结构(包括环长、环高和磁场强度)。所研究的冕环的高度在10到93Mm之间,环长范围为59M至393Mm,其中冷环和温环的环长相当。选择环上信噪比比较好的位置获得垂直环向的切片,并将切片的强度信息进行高斯拟合,并将强度分布的全高半宽作为冕环的宽度。发现所研究的冕环半径在1.1到5.8Mm之间。所有冕环的磁场强度分布都展示了自足点向环顶降低的趋势,并且两个足点的磁场强度并不相等。发现对于大部分冕环来说等离子体密度自两足点到环顶有降低的趋势。同时将观测的密度分布与流体静力学平衡下的理论分布进行了比较,发现大部分的冕环都不符合这一理论预期。使用EM-loci的方法获取冕环的电子温度。选取信噪比较好并且能清晰观测到完整冕环的多条谱线进行EM-loci诊断,结果发现对于大部分冕环来说,温度分布的趋势是很平坦的。冕环的填充因子的范围在0.08到0.89之间,说明这些EIS冕环可能是由多个细丝构成。
  “冕震学”是太阳物理的新兴分支。有别于光谱学诊断这一传统的直接手段,“冕震学”利用波动的成像及光谱测量,结合磁流体波动理论,对太阳大气磁结构内难以直接测量的物理量进行间接推断。在这类物理量中,磁场强度、密度横向不均匀尺度等信息与日冕加热机制息息相关,但其直接测量几乎无法实现。事实上,对光学薄的极紫外辐射而言,成像数据甚至都无法直接给出密度横向剖面该用何种数学形式描述。我们的工作首次尝试将正演与冕震学反演手段结合起来,评判密度剖面数学描述的优劣。
  为此,使用了AIA171(A)波段的成像观测数据,对位于太阳临边以外的一经历横向震荡的活动区环进行研究。首先基于正演思路,对任选的密度横向描述方案计算出AIA171(A)波段冕环辐射强度横向分布的理论预期,而后将理论预期与实测值对比,从而自洽获得该给定描述方案下的密度横向分布信息(主要是环外内密度比和无量纲非均匀尺度)。而后在冕环清晰成像的部分获取了18个切片,并对这些切片的震荡信号进行拟合以获取震荡周期和衰减时间。计入衰减时间-周期比的不确定度,基于震荡衰减来自扭曲模的共振吸收这一工作假设,获取了三种剖面描述方案下密度比与密度非均匀尺度的可能区间。而后将正演手段(它独立于冕震学反演手段)获取的两参数与该区间对比,发现正弦型密度剖面猜测下两种方法的结果相差甚远,而其余两种密度剖面(幂指数型和抛物型)则基本相符。换言之,至少对所研究的这一冕环,正弦型密度剖面的描述方案不够现实。认为,对震荡冕环来说,正演与冕震学反演结果互相校验的方法给出了甄别密度横向剖面描述方案的一种可行手段。
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