太阳网络磁场胞元与太阳风电流片统计研究

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太阳风磁流体力学湍流的间歇现象是日地空间和太阳物理近年来研究的一个热点课题。其中,太阳风电流片是太阳风湍流间歇的一种重要的二维结构,当穿过它时磁场方向会发生显著的变化。对它的发现和研究,为理解太阳风的起源和在行星际的演化提供了重要线索。太阳风的源区与太阳网络磁场密切相关,有许多学者认为有部分太阳风电流片是来自于太阳表面的磁流管演化的残余构造。检验这一观点的一种直接方法是将近地轨道(1AU)观测到的太阳风回溯到太阳表面,然后分析回溯到光球表面的足点在相邻光球网络磁场胞元之间的跳跃与在近地轨道观测到的电流片有无对应关系。  在本文中,借助Wind、ACE以及SOHO等空间探测器的观测数据,对太阳风电流片的起源和演化展开了研究,在研究其是否为太阳表面发射出来的残余构造的过程中,也对太阳光球表面网络磁场展开了统计分析,并取得了如下研究成果:  1.建立起太阳表面结构和实地(1 AU)观测的太阳风电流片的对应联系。  2.应用分水岭算法对SOHO/MDI在太阳第23活动周(第1955-2091卡林顿周期,1999年-2009年)取得的综合磁图进行分析,识别出57万余个网络磁场胞元,并对这些胞元的拓扑特征进行了统计分析,发现它们的面积随纬度分布的特征;对胞元形态的统计研究发现它们本质上是分形的,其平均分形维度为1.253±0.011,并且还发现分形维度和尺寸与太阳活动水平呈反相关关系,一个可能的原因是强磁场能够抑制空间调制振荡,并且压缩网络胞元的边界,导致胞元的边界更加光滑。  3.将空间观测到的太阳风回溯到光球源区,并识别有关的太阳风电流片,可以为研究太阳风起源和太阳风预报提供重要线索。通过使用势场源表面模型(Potential Field Source Surface,PFSS)和每日综合磁图,回溯实地观测到的太阳风到太阳表面。通过测量足点在太阳表面移动,就可以获得不同足点的跳跃时间。这些跳跃分为太阳网络磁场胞元内跳跃和太阳网络磁场胞元间跳跃,由此得到所有跳跃时间和胞元间跳跃时间的分布。这两种分布都明显呈现两种类型。这些分布与Miao等[101]早前报导的实地观测的太阳风电流片等待时间的分布相对比,由此推断部分太阳风电流片是来自太阳表面的残余构造。  本文取得的成果有助于拓展对网络磁场胞元和超米粒组织的认识,加深对太阳风电流片起源和演化的理解,同时也为研究太阳风和超米粒组织提供了观测依据和理论线索。
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