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冕流波的冕震学研究
录入者:  |  时间:2010-12-15 10:02:08  |  作者:陈耀  |  浏览次数:

日冕磁场在日冕加热与太阳风加速、太阳爆发过程中的能量释放、激波形成、波动与湍动的激发、粒子加速、射电爆发等各种太阳和空间物理过程中均扮演着基本的、至关重要的作用。然而,至今仍缺乏直接的测量日冕磁场的可靠技术手段。特别是对于日心距离为1.5-2 Rs (太阳半径)以外的外冕区域更是如此。在这一区域中,我们对日冕磁场的定性和定量的认识主要基于数学外推和不同类型的射电辐射间接测量手段。在数学外推方面,一般是从观测到的光球表面视向磁场分量数据出发,利用势场外推、线性或非线性无力场外推、磁流体力学三维模型,数值解出日冕磁场的位形。在日冕射电辐射的测量方面,则大致有以下几种方式: (1)基于射电信号经过日冕区域时发生的法拉第旋转的测量,可使用河外射电源或者由卫星(例如Helios 1,2卫星)搭载的人工射电源信号,需要结合日冕电子密度模式以及外推模型给出的行星际磁场扇区的分布情况来反演日冕磁场强度,适用于3-10 Rs;(2)利用观测到的II型射电暴频带分裂现象,结合MHD激波理论和假设日冕等离子体beta数值与密度分布模型来估计相关区域中的磁场强度,一般适用于1.5-3 Rs范围;(3)最近,还有作者探讨了利用低频射电辐射的圆极化度测量来诊断日冕磁场强度的可能性,也主要适用于日心距离2Rs以内的范围。本工作介绍了一种新的可用来估算3-10Rs外冕区域磁场强度的冕震学方法。

冕震学是指根据观测到的日冕波动特征来诊断波动传播媒介的物理参数,包括磁场强度等通常难以测量的日冕参数。此处使用的是本课题组最近发现的CME-冕流相互作用所激发的冕流波现象(Chen et al., 2010)。实现这一诊断的理论基础是认为观测到的冕流波是由等离子体片支撑的向外传播的扭曲体积快模,所测相速度由该波模在静止坐标系中的相速度与沿等离子体片流动的太阳风速度之和给出。根据色散关系计算,在日冕参数条件下,等离子体静止坐标系中扭曲模的相速度仅略小于等离子体片外沿区域的阿尔芬速度,因此可以将前者近似为后者。在此基础上,只要确定太阳风流速和数密度分布,便可估算出相应区域中的阿尔芬速度和日冕磁场强度。

此项工作正是基于冕流波的相速度等测量结果,重点在以下三个方面拓展了相关的冕震学工作。(1)通过色散关系参数研究确定扭曲快模与阿尔芬速度之间适当的近似关系。(2)使用冕流上方间歇释放的Blob结构的速度测量给出冕流等离子体片区域的太阳风速度变化范围;使用LASCO pB数据反演出电子数密度分布。(3) 针对两个相位分别诊断磁场的空间和时间上变化。诊断出的冕流等离子体片外沿附近区域的日冕磁场强度径向剖面(3-10Rs)在下图中给出。可以看出,两个相位对应的同一日心距离上的磁场强度并不相同,这一差别是由日冕磁场随时间的演化造成的。这一演化与经历CME扰动后的日冕磁场的恢复过程有关。该工作受到国家自然科学基金委面上及杰出青年基金等项目的支持,将于近期在影响因子7.3的美国天体物理学杂志(the Astrophysical Journal,2011.1)发表。

图题.阴影区表示冕流波的两个相位点P1(浅色)和P2(深色)在传播过程中经历的日冕磁场强度分布和变化范围;阴影中的“虚线”表示假设磁场径向膨胀时的变化曲线。“星”表示Chen et al. (2010)中利用冕流波诊断出的磁场强度,其余符号:星号、正方形、三角形、菱形、圆圈以及相应的误差棒分别表示Cho et al. (2007)、Ingleby et al. (2007)、Spangler (2005)、Vrsnak et al. (2002)、Patzold et al. (1987)给出的日冕磁场强度数值,点划线表示Dulk & Mclean (1978)给出的磁场强度曲线。

 

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