太阳耀斑的光谱与成像观测研究

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太阳耀斑是太阳表面上一种剧烈的能量释放过程,在一次典型的爆发事件中,释放的能量约为1032erg。本论文就是利用IRIS、SDO以及其他一些卫星(如Fermi、RHESSI、STEREO等)的多波段观测数据,研究太阳耀斑爆发过程中高温谱线Fe(ⅩⅪ)对AIA131(A)通道辐射的贡献,以及耀斑脉冲相期间色球蒸发的观测证据和准周期振荡现象的观测。在论文的第一章我们给出了有关太阳和太阳耀斑的简要介绍。第二章介绍了观测仪器,主要包括IRIS和SDO卫星,以及GOES、Fermi、RHESSI、STEREO等卫星上搭载的主要观测仪器。论文的第三到五章分别介绍了我们利用IRIS光谱观测和SDO成像观测所做的主要工作(见下面的介绍),第六章对我们的工作进行了总结并给出了未来的研究方向。  在第三章中,我们报道了由IRIS和SDO联合观测到的两个C级耀斑,这两个耀斑都发生在2013年10月24日。由于耀斑亮核(flare kernels)在AIA的所有通道会同时增亮,这使得我们很难测量其温度结构。幸运的是IRIS的光谱观测能够从低温的色球增亮中分辨出Fe(ⅩⅪ)的辐射。因此,我们可以通过比较耀斑亮核中IRIS Fe(ⅩⅪ)和AIA131(A)的辐射度(EMs)来判断AIA131(A)的辐射中有多少是来自Fe(ⅩⅪ)的辐射。我们使用多高斯拟合的方法从IRIS光谱的混合发射线中分辨并得到Fe(ⅩⅪ)的谱线强度和多普勒速度。然后,从AIA全日面成像中得到与IRIS Fe(ⅩⅪ)强度图同一时间和同一位置的AIA人为扫描(pseudo-raster)图,并将他们的EMs结果进行比较分析。最后,我们发现在耀斑环中,AIA131(A)的辐射主要来自Fe(ⅩⅪ),只有大约10-20%的辐射是来自连续谱、Fe(ⅩⅩⅢ)和低温等离子体辐射的贡献。而在耀斑亮核中,则有高达52%的131(A)辐射来自低温等离子体辐射。在耀斑亮核中可以看到这么宽的范围是因为其中存在显著的小尺度结构,这还可以从Fe XXI的EMs值在分子发射线和过渡区辐射等的位置变化很快看出来。  第四章我们主要讨论了两个X1.6级耀斑中硬X射线辐射和由色球蒸发引起的多普勒速度之间的关系。这两个耀斑分别发生在2014年9月10日和10月22日。两个耀斑都是双带耀斑,而且IRIS的光谱狭缝都正好固定在他们的一个耀斑带上。同时这两个耀斑还分别被Fermi/GBM和RHESSI在X射线波段探测到。在这两个耀斑中我们都观测到了爆发式的色球蒸发。这是因为在耀斑的脉冲相期间,日冕谱线Fe(ⅩⅪ)表现为蓝移速度,而色球发射线CI则表现为红移速度。AIA的成像观测结果显示色球蒸发倾向于出现在耀斑带的前沿。我们发现Fe(ⅩⅪ)和CI的多普勒速度都表现为‘增长-峰值-衰减’的时间演化模式,这与硬X射线辐射的‘上升-极大-衰减’的时间变化一致对应。通过进一步的分析,我们发现在耀斑脉冲相期间,硬X射线的辐射与Fe(ⅩⅪ)的多普勒速度是反相关的,而与CI的多普勒速度则是正相关的。我们的结果为非热电子驱动色球蒸发模型提供了观测证据。  在第五章中,我们研究了一个太阳耀斑中的准周期振荡(QPPs)现象。该耀斑发生在2014年9月10日,即第四章中的第一个耀斑。本次的观测数据则主要来自Fermi/GBM、SDO、STEREO和IRIS。用原始流量曲线减去缓变分量就得到了快变分量,快变分量曲线上呈现出一些有规律的、周期性的峰,他们被确定为QPPs。QPPs仅出现在硬X射线辐射的开始阶段,表现为3个峰,但是他们在色球和日冕谱线的辐射线中却有10个峰,在射电辐射中也有7个峰,同时每一个射电峰对应一个射电动态频谱上的Ⅲ型爆。在所有波段的观测中,我们都探测到了一个约4分钟的准周期。AIA的成像观测进一步表明这个4分钟的QPPs起源于耀斑带并倾向于出现在耀斑带的前沿。IRIS的光谱观测则显示在QPPs的每一个峰附近,4条谱线(包括CⅠ、OⅣ、SiⅣ和Fe(ⅩⅪ))都变得比较宽而且表现为明显的红移速度。所有这些观测结果都表明这个耀斑所表现出来的QPPs可能与周期性磁重联所加速的非热电子有关,而其4分钟周期则可能与激发周期性磁重联的某种MHD波有关。
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