从太阳色球层顶到日冕底部间的薄大气层为色球-日冕过渡区(简称太阳过渡区)。太阳过渡区存在大量的离子发射谱线,这些谱线大都在远紫外(FUV)和极紫外(EUV)波段。在光学薄的情况下,光谱仪观测的离子谱线近似高斯形状。但是由于地球大气层中臭氧和其它大气分子的吸收, 地基观测是不能提供太阳上层大气FUV/EUV光谱图像,需通过星载仪器进行探测。近年来观测过渡区的星载仪器主要有SOHO/SUMER光谱仪,它具有高时空和谱分辨率、宽的谱线覆盖,是研究过渡区谱线的重要仪器。
氢原子是太阳大气中最主要的元素。它的共振谱线对研究太阳大气的能量输运、太阳风加速有着极为重要的意义。Lyβ(波长1025.7 Å)是氢Lyman系列谱线中重要的一支谱线,其谱线形状反映了太阳色球层和过渡区的动力学特性。前人工作发现太阳过渡区中稳定的流场可导致谱线形状的变化,并认为Lyβ谱线的不对称形状可能是太阳大气层的流动和不透明性共同作用的结果。既然太阳过渡区中稳定的流场可导致Lyβ谱线形状的变化,那么动态的过渡区存在各种瞬变现象(例如,爆发事件产生时出现上百千米每秒的喷流)产生的瞬变流场是否也能导致Lyβ谱线形状的变化?本文利用SOHO卫星搭载的SUMER光谱仪观测的紫外光谱数据,通过不同温度的过渡区谱线C II(波长1037.0 Å)和O VI(波长1031.9 Å)分别诊断出爆发事件,并讨论其两翼喷流与Lyβ谱线两峰的关系,首次系统研究了过渡区爆发事件喷流对Lyβ谱线形状的影响。
研究发现:不论宁静区还是冕洞,爆发事件的Lyβ平均谱形的中心反转强且有明显的两峰。这种趋势在C II谱线上探测的爆发事件的Lyβ谱线上更明显。个例分析显示四个爆发事件产生的两翼喷流对Lyβ谱线的影响显著。进一步的相关性分析表明,爆发事件发生时C II和O VI谱线的两翼和Lyβ两峰的辐射强度均有正相关性,且两者的相关性在C II谱线的两翼和O VI的红翼较好,但在O VI的蓝翼较弱。本文研究证明,瞬变的过渡区流场可以明显改变Lyβ的谱形。因此,在分析Lyβ等赖曼谱线的谱形所反映的物理过程时,既要考虑谱线的源函数、不透明度,也要考虑过渡区和日冕中的流场,包括准稳定的流场和瞬变的流场。本文对于Lyβ谱形研究也将推动Lyα谱线对动态现象响应的研究,其谱形对动态现象(小到过渡区爆发事件,大到耀斑和CMEs)的响应将是研究太阳爆发的一个新思路。研究结果已被Astronomy &Astrophysics(影响因子4.15)接收,将于近期发表(Zhang, M., Xia, L. D., Tian, H., and Chen, Y., 2010)。
图1太阳大气结构及主要过渡区离子谱线
图2氢Lyβ等谱线对过渡区爆发事件的响应(粗实线:爆发事件谱形,细实线为平均谱形,虚线为二者相减用以突出爆发事件发生时谱线的辐射增强)