項目簡介:
太陽耀斑和日冕物質拋射(CME)是太陽表面最劇烈的兩種活動現象,是日地空間擾動和地磁活動的源泉。因此,對它們的研究一直是太陽物理學和空間天氣學的前沿課題。本項目在國家973計劃和自然科學基金的資助下,對兩種活動現象從觀測和理論兩個方面展開深入的研究,獲得了一批創新成果,提出了重要的新觀點、新模型和新方法,具體內容包括:
(1)提出了CME的新浮磁流觸發機制,成為目前國際上公認的少數幾種CME的觸發機制之一,被大量引用并激發了一些后續研究;
(2)揭示了日冕EIT波的本質,提出了全新的傳播機制,指出它不是真正的波,而是產生于閉合磁環的逐漸打開過程,從根本上改變了以往認為它是一種波動現象的看法。EIT望遠鏡首席科學家專門在權威刊物上發表3篇觀測性的論文,支持這個觀點;
(3)在耀斑磁重聯的研究中成功實現了場向熱傳導的數值模擬,提出了太陽耀斑的統一模型,認為磁場重聯點高度的不同是導致耀斑形態差異的基本原因之一;
(4)系統地研究了耀斑中高能粒子對各個波段譜線和連續譜的影響,首次提出了埃勒曼炸彈的非熱模型,成功地闡述了白光耀斑的加熱和輻射機制;
(5)提出了耀斑譜線不對稱性的自洽解釋,揭示了譜線快速變化的物理起源,提出鎳譜線在特定環境下會出現發射的新觀點;
(6)基于自己的儀器獲得了一大批高質量的耀斑多波段二維光譜資料,首次發現了白光耀斑在近紅外波段的連續發射。
本項目發表SCI論文52篇,其中影響因子4.0以上的36篇。本項目的成果獲得了國際同行的廣泛認可,論文被他人引用370余篇次,其中SCI他引299篇次。英國L. K. Harra教授和美國NASA專家A. C. Sterling等人在多篇論文中,以本項目提出的模型為基礎,很好地解釋了他們的觀測發現;著名太陽物理學家M. J. Aschwanden在專著(研究生教科書)中引用了本項目10篇論文,大篇幅介紹項目的成果;美國PASP雜志發表的天體物理年評引用了本項目13篇論文。項目組成員在國際學術會議上做邀請報告12次。
主要發現點:
1. 提出了日冕物質拋射(CME)的新浮磁流觸發機制,即新浮磁流與日冕磁場的局部磁重聯導致暗條磁繩系統平衡的破壞,從而產生CME的爆發。該機制很好地解釋了CME和耀斑的關系及其和新浮磁流密切相關的觀測事實,得到了國際權威專家的贊同和國際同行的廣泛引用,并激發出國際學者以該模型為基礎的一些后續研究。該機制已成為目前國際上公認的少數幾種CME的觸發機制之一。(學科分類:太陽物理學、空間等離子體物理,代表性論文1)
2. 提出了全新的日冕EIT波的傳播機制,指出它不是真正的波,而是源于CME爆發時閉合磁環的逐漸打開過程,從根本上改變了以往認為它是一種波動現象的看法。該模型很好地解釋了EIT波的速度以及它避開活動區和冕洞的觀測特征。EIT望遠鏡首席科學家領導的研究組專門在國際一流期刊上發表3篇觀測性的論文,對我們的模型表示支持。其他一些專家也從不同的觀測角度證實了我們的新觀點。(學科分類:太陽物理學,代表性論文2、3)
3. 在耀斑磁重聯的研究中成功實現了場向熱傳導的數值模擬,并且提出了太陽耀斑的統一模型,認為重聯點高度的不同是導致耀斑不同形態的基本原因之一,即雙帶耀斑的重聯點較高,而致密耀斑的重聯點較低。這個觀點為正確理解耀斑的物理機制和不同形態提供了理論基礎。(學科分類:太陽物理學,代表性論文4、5)
4. 首次提出了埃勒曼炸彈的非熱模型,認為它是一種位于低層大氣的、伴隨高能粒子加熱的類耀斑現象。該模型能很好地解釋觀測到的譜線輪廓的形狀,同時也能解釋以往的熱模型所不能解釋的譜線的偏振現象。闡述了白光耀斑低層大氣的加熱過程和連續輻射的起源,提出了高能電子加熱色球伴隨輻射加熱光球的模型,解決了高能電子直接加熱效率不足的問題。該模型已成功地解釋了最近觀測到的近紅外的白光耀斑。(學科分類:太陽物理學,代表性論文6)
5. 系統地研究了高能電子對耀斑譜線的作用,提出了電子束強度的變化可以導致譜線不對稱性符號的變化,光學譜線的快速變化對應于小規模、短時標的高能電子束的注入,鎳6768埃譜線在低溫和高能電子轟擊時會出現發射等新觀點。關于鎳譜線發射特性的研究成果被國際同行作為理論依據,很好地解釋了衛星觀測到的磁場瞬時變化現象。(學科分類:太陽物理學,代表性論文7-9)
6. 基于自己的太陽塔望遠鏡和成像光譜儀,觀測到了一大批高質量的耀斑多波段二維光譜資料,構成了很有特色的耀斑二維光譜數據庫。提出了新的光譜分析方法,推導出耀斑物理參量的空間分布和隨時間的演化,首次發現了白光耀斑在近紅外波段的連續發射,以及光學耀斑環的頂部具有高溫、高密度等性質。(學科分類:太陽物理學,代表性論文10)
主要完成人:
1. 丁明德
重點從事太陽耀斑和活動區的多波段觀測和分析、非局部熱動平衡計算、太陽耀斑的輻射和動力學過程等方面工作。在主要發現點3、4、5、6等方面做出重要貢獻,包括:提出太陽耀斑的統一模型;提出埃勒曼炸彈的非熱模型;提出白光耀斑的加熱和輻射機制;提出耀斑譜線不對稱性的自洽解釋;提出耀斑譜線快速變化的物理起源;提出鎳譜線在特定條件下的發射特性;系統地開展耀斑的多波段二維光譜觀測;發現白光耀斑在近紅外波段的連續發射。支持本人貢獻的代表性論文4-10。在該項目中的工作量占本人工作量的80%以上。
2. 陳鵬飛
重點從事太陽耀斑和日冕物質拋射的磁流體力學數值模擬工作。在主要發現點1、2、3等方面做出重要貢獻,包括:提出日冕物質拋射的新浮磁流觸發機制;提出日冕EIT波新的傳播機制;完成了含場向熱傳導的磁流體力學數值模擬,提出太陽耀斑的統一模型。支持本人貢獻的代表性論文1-5、10。在該項目中的工作量占本人工作量的80%以上。
3. 方成
重點從事太陽耀斑和活動區的多波段觀測和分析、非局部熱動平衡計算等方面工作。在主要發現點2、3、4、6等方面做出重要貢獻,包括:提出日冕EIT波新的傳播機制;提出太陽耀斑的統一模型;提出埃勒曼炸彈的非熱模型;提出耀斑譜線不對稱性的自洽解釋;系統地開展耀斑的多波段二維光譜觀測;發現白光耀斑在近紅外波段的連續發射。支持本人貢獻的代表性論文2-7、10。在該項目中的工作量占本人工作量的60%。
4. 唐玉華
重點從事太陽耀斑和日冕物質拋射的觀測和分析、太陽大氣磁流體力學等方面工作。在主要發現點3等方面做出重要貢獻,包括:提出太陽耀斑的統一模型;提出Hα和軟X射線增亮事件與新浮磁流的關系。支持本人貢獻的代表性論文4、5。在該項目中的工作量占本人工作量的50%。
10篇代表性論文:
1. An emerging flux trigger mechanism for coronal mass ejections / ApJ, 545, 524-531
2. Evidence of EIT and Moreton waves in numerical simulations / ApJ, 572, L99-L102
3. A full view of EIT waves / ApJ, 622, 1202-1210
4. Simulation of magnetic reconnection with heat conduction / ApJ, 513, 516-523
5. Flaring loop motion and a unified model for solar flares / ApJ, 520, 853-858
6. Line profiles in moustaches produced by an impacting energetic particle beam / A&A, 332, 761-766
7. Influence of non-thermal processes on line asymmetries in solar flares / A&A, 318, L17-L20
8. On the fast fluctuations in solar flare Hα blue wing emission / ApJ, 552, 340-347
9. Non-LTE calculation of the Ni I 676.8 nanometer line in a flaring atmosphere / ApJ, 576, L83-L86
10. Multi-line two-dimensional spectroscopy of a limb flare / A&A, 348, L29-L32
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