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神舟二号飞船X射线探测器的目标是为了探测宇宙伽玛射线暴和太阳X射线耀斑。在本文当中,详细研究了神舟二号飞船X射线探测器(XD)的背景数据,及由此反映出的低轨空间环境,并对XD探测的太阳X射线耀斑进行了分析和研究。
对于XD的背景数据分析,得到了XD电子背景和光子背景;并研究了粒子背景计数率变化周期与卫星轨道周期的相关性,发现轨道地理因素在粒子背景计数率变化的调制成分当中有重要贡献。发现巡天过程中的几个强X射线源(比如Crab,Vela Pulsar,CygX-1)是背景计数率的变化主要起源。分析了神舟二号飞船返回舱的宇宙线次级粒子背景。这对今后其它卫星的巡天以及次级粒子背景估计有重要参考意义。
分析了XD的光子以及电子背景能谱,对于光子和电子分别找出提取有用事例的方法,通过能谱分析得到的光子背景谱指数在-2.3±0.2,与其他卫星的观测结果在误差范围内是一致的,从而也验证了本文所采用的分离光子、电子方法的正确性。
对于XD的背景电子能谱,本文首次应用64道电子能谱对低轨电子能量分布规律进行详细研究,找到一个能较好符合电子分布规律的能谱经验公式。
本文首次研究了XD观测的近100个太阳X射线耀斑(与GOSE同时发现认证的耀斑有43个),其中包括3个X级的大耀斑以及20多个M级的耀斑。分析了这些耀斑的能谱,计数率变化曲线,各个能道的计数率随时间的变化过程,对能谱的变化规律给出总结。对于同样级别的耀斑,按发射X射线能量与谱指数进行了分类;并研究了幂律谱所拟合的谱指数与耀斑能流的相关性,得出低能探头(10-800keV)有一定正相关,相关系数0.59-0.63,而高能探头的相关性不明显,相关系数为0.2。对低能段X射线谱线也进行了研究,发现一些数据在24keV附近有谱线结构,可能反映了新的物理机制。
通过对这些耀斑的研究,发现一个特殊事例,即2001年4月15日X14.4级耀斑。它从能谱上,在约430keV和约720keV处有两条谱线,这两条谱线反映了该耀斑发射X射线时,发射X射线的高能带电粒子可能有背离我们的速度;此外,从各能道的光变及总光变上,总光变所表现的饱和效应反映了发射X射线的高能带电粒子的流量在XD观测时间内一直保持一个相当高的数值,而分光变表明各个能道之间的带电粒子有一个相互转化和中间加速的过程。本文结合XD的观测数据和其它卫星数据,以电子热辐射发射X射线模型出发探讨了太阳耀斑物理发射和传播机制,提出电子沿磁场形成的弯曲管道运动加速产生X射线的物理图像。
此外,还研究了几个用幂律谱作能谱拟合所得谱指数接近-1的事例,发现谱指数接近-1的原因是电子的混入造成的,并发现了一个小的电子异常区。另外,结合GOES卫星的数据研究了13个太阳质子事件(SPE)事例的质子、电子流量变化与X射线谱指数、能流等之间的关系,发现了在SPE发生时,质子流量与X射线谱指数以及能流有相关系数超过0.7的正相关性。并且从X射线耀斑中X射线起源角度解释了质子和电子与X射线相关参数的内在联系。通过以上对XD观测到的太阳耀斑的研究,对于X射线起源,本文所研究的耀斑事例中符合电子为主的情况多于质子为主的情况。