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利用SDO高时空分辨率资料对小尺度日冕极紫外波的观测研究

作　者: 郑瑞生
导　师: 姜云春; 李可军
学　校: 中国科学院研究生院（云南天文台）
专　业: 天体物理
关键词: 太阳活动极紫外波日冕物质抛射暗条日浪喷流
分类号: P182.2
类　型: 博士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

日冕（corona）极紫外（EUV）波是在日冕里传播的大尺度明亮波前，与日冕物质抛射（CME）有着密切的联系。第一个EUV波是用搭载在太阳与日球天文台（SOHO；Solar and Heliospheric Observatory）上的极紫外成像望远镜（EIT；EUV Imaging Telescope）观测得到的，所以一开始称为“EIT波”。尽管已经被详细研究了15年，但是对EUV波的理解还不是很清楚，仍然有很多未解决的问题，尤其是EUV波的物理本质和触发机制。太阳动力天文台（SDO；Solar Dynamic Observatory）的上天，提供了高时空分辨率的观测资料，使得系统详细地分析研究EUV波成为可能。这里，结合日地关系天文台（STEREO；Solar Terrestrial Relations Observatory）和SDO上EUV波段的观测资料，我们详细分析了几个特殊的EUV波，尝试着去分析EUV波的物理本质和起源问题。另外，我们挑选的主要是一些小尺度（small-scale）EUV波，试图获得不同尺度的EUV波之间的联系和区别。2010年12月1日，SDO观测到一个小尺度EUV波在日面中心附近爆发，伴随着一个相应的迷你CME（mini-CME）。这个CME显示出典型CME的所有低日冕特征，是由一个小暗条（flament）的爆发引起的。这个暗条长度约为30′′，是典型的迷你暗条（mini-flament）。尽管爆发非常微弱，但是EUV波有一个几乎半圆形的波前，并以相同的速度(220-250km s^-1)向外传播，而且有很小的角度相关性。CME的横向扩张是非对称的，倾向于朝北边运动，CME环的南部足点几乎没有移动。横向扩张导致了长持续时间的（long-duration）强暗区（dimming），反映出CME的范围。对比CME的起动时刻和初始速度，EUV波很可能是由CME环的快速膨胀触发的。我们的分析证明这个小尺度EUV波是真正的波，可以用快模（fast-mode）磁流体动力（MHD）波来解释。利用SDO的高时间和空间分辨率资料，我们展示了在2010年11月11日三个小时之内连续发生的四个相似（homologous）EUV波。所有的EUV波都源于相同的的磁流浮现区域（EFR），都在相同的方向传播，都伴随着日浪（surge）、微弱的耀斑（fare）和模糊的CME，而且在SDO所有的EUV波段里都有着基本相同的外形。这些波以280-500km s^-1的均匀速度传播，有着很小的角度相关性，意味着这些相似EUV波很可能可以解释为快模MHD波。这些EUV波很可能涉及不止一个的驱动机制，最可能的是被日浪驱动，由于它们之间紧密的时间和位置关系。我们也认为这些相似EUV波紧密关联着浮现区磁流的持续浮现和对消，这可以为连续EUV波的开始和触发提供足够的能量。利用SDO的高时间和空间分辨率资料，我们展示了发生在2010年3月1日的一个与失败暗条爆发相关的EUV波，这个事件中没有相应的CME产生。结合（photosphere）、色球（chromosphere）和日冕的高质量的资料，我们研究了EUV波的特征以及波与相应爆发间的关系。事件发生在一个小活动区附近的短暂区域（ephemeral region），这个区域里持续的磁流对消产生了爆发前增亮和两个EUV喷流（jet），并激活了暗条爆发，伴随着一个微耀斑（microfare）。在爆发之后，暗条物质出现在远离爆发中心的地方，周围的冕环看起来并没有受影响。很明显这个暗条爆发失败了，也没有产生相应的CME。EUV波就发生在北边喷流到达之后，而且看起来像是源于这个喷流的前面，而不是爆发中心。EUV波接近匀速地传播，速度范围为260-350km s^-1，在后期有轻微的负加速度。值得注意的是，EUV波碰到一簇冕环后，继续向前传播，而冕环基本上不受影响。我们的分析证明这个EUV波是个真正的波，可以解释为一个快模MHD波。另外，EUV波和喷流在时间和空间上的紧密关系，提供了当CME没有发生的时候EUV波可能由喷流触发的证据。快速日冕EUV波(速度>1000km s^-1)是非常罕见的。利用SDO的高时空分辨率资料，我们研究了一个发生在2011年9月30日的快速EUV波，联系着一个迷你暗条爆发、一个C1.0耀斑和一个CME。这个事件发生在两个活动区之间的边缘区域，迷你暗条快速地爆发，看起来像爆裂喷流（blowout jet）一样，伴随着耀斑和CME。CME的前锋很有可能是由覆盖在上方的大尺度冕环直接演化而来的。EUV波的起始时间与喷流和耀斑的初始时刻几乎是同时的。EUV波的起点远离耀斑中心，与快速喷流有着紧密的位置关系。EUV波有着大约1100km s^-1的初始速度，在后期还有轻微的减速，速度降到500km s^-1左右。EUV波在很小的角度范围内传播，很有可能是想要避开两边的活动区。所有的结果都证明这个快速EUV波是个快模MHD波。因为CME打开了大尺度的环，它的前锋很有可能在EUV波波前产生之后形成，所以EUV波不可能被CME驱动。EUV波最有可能是被喷流触发的，因为两者之间有着紧密的时间和位置关系。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-8
目录  8-17
引言  17-19
第一章极紫外（EUV）波的观测特征  19-37
  1.1 EUV波的形态特征  19-29
  1.2 EUV波的多波段观测  29-30
  1.3 EUV波的运动学特征  30-32
  1.4 EUV波与Moreton波的关系  32-33
  1.5 EUV波与其他现象的关系  33-37
第二章 EUV波的理论模型  37-47
  2.1 真波理论  37-41
    2.1.1 快模MHD波  39-40
    2.1.2 慢模MHD波  40-41
    2.1.3 孤波  41
  2.2 非波理论  41-45
    2.2.1 电流壳模型  41-42
    2.2.2 磁重联模型  42-44
    2.2.3 磁力线打开模型  44-45
  2.3 混合模型  45-47
第三章仪器  47-55
  3.1 日地关系天文台（STEREO）  47-49
    3.1.1 极紫外成像仪（EUVI）  48-49
    3.1.2 内日冕仪（COR1）  49
  3.2 太阳动力天文台（SDO）  49-55
第四章 SDO观测到的与迷你CME（mini-CME）相关的可能的快模EUV波  55-65
  4.1 摘要  55
  4.2 介绍  55-56
  4.3 观测资料和数据分析  56-57
  4.4 结果  57-60
    4.4.1 爆发的暗条和扩张的冕环  57-59
    4.4.2 小尺度EUV波  59-60
  4.5 讨论和结论  60-65
第五章 SDO观测到的在磁流浮现区（EFR）连续爆发的相似（homologous）EUV波  65-79
  5.1 摘要  65
  5.2 介绍  65-70
  5.3 观测资料和数据分析  70-71
  5.4 结果  71-75
    5.4.1 持续的磁流浮现和对消  71-72
    5.4.2 连续的爆发  72-73
    5.4.3 相似EUV波和相应的日浪  73-75
  5.5 总结和讨论  75-79
第六章 SDO观测到的与失败爆发相关的EUV波  79-91
  6.1 摘要  79
  6.2 介绍  79-81
  6.3 观测资料  81-82
  6.4 结果  82-85
    6.4.1 失败的暗条爆发  82-83
    6.4.2 相关的磁活动  83
    6.4.3 EUV喷流和EUV波  83-85
  6.5 结论和讨论  85-91
第七章 SDO观测到的与迷你暗条(mini-filament)爆发相关的快速EUV波  91-103
  7.1 摘要  91
  7.2 介绍  91-92
  7.3 观测资料  92
  7.4 结果  92-95
    7.4.1 迷你暗条爆发  92-94
    7.4.2 快速EUV波  94-95
    7.4.3 CME  95
  7.5 讨论和结论  95-103
第八章结论与展望  103-109
  8.1 结论  103-105
  8.2 展望  105-109
参考文献  109-135
发表文章目录  135-139
简历  139-141
致谢  141-142

利用SDO高时空分辨率资料对小尺度日冕极紫外波的观测研究

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