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利用SDO/HMI数据研究太阳超米粒组织的结构与演化
摘要： 背景：研究太阳表面的运动对于理解湍流对流如何传输能量以及磁场如何在太阳表面分布至关重要。 目标：利用太阳动力学天文台/日震和磁成像仪（SDO/HMI）提供的可见光盘面水平速度测量数据，我们探究了太阳超米粒组织的结构和演化。 方法：通过追踪太阳米粒的自行运动，采用新开发的相干结构追踪代码版本测量水平速度场。利用该工具计算了水平散度图，并通过时空标记法对超米粒细胞进行分割、识别及历史追踪?；诟檬菁颐峭频汲龀琢Ｗ橹幕咎匦?，包括其运动特征。 结果：发现超米粒组织的基本参数值与先前研究相似：平均寿命为1.5天，平均直径为25兆米。对单个超米粒细胞的追踪揭示了太阳较差自转及经向流的极向环流趋势。所得较差自转和经向流的形态与细胞尺寸无关。若存在背景磁场，超米粒中的发散流会减弱。 结论：本研究证实，只要在太阳表面具有足够可探测性，超米粒组织适合作为追踪大尺度太阳对流运动的示踪物。
关键词： 太阳：米粒组织，太阳：光球层，太阳：一般特性
更新于2025-09-23 15:23:52
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丝状体通道中适当的水平光球流
摘要： 背景：2010年9月17日，活动区NOAA 11106中心区域的一条延伸暗条穿过南半球中央子午线。通过加那利群岛的THEMIS望远镜在Hα波段观测到该暗条，同时太阳动力学天文台（SDO）搭载的极紫外成像仪（AIA）在304?波段也进行了观测。在暗条于世界时17:03爆发前的10小时内，观测到Hα丝状结构中的反向流动现象，以及304?暗条通道内明亮的移动团块（喷流）。 目的：本文旨在理解暗条通道中磁场与对流的耦合关系，并将光球水平运动与暗条活动相关联。 方法：利用SDO/HMI连续谱图像，采用新开发的相干结构追踪（CST）算法（该算法专为追踪米粒组织和大规模光球流动而设计），对实际光球运动进行了三小时分析。通过"软木塞"示踪法获取被动标量点，绘制了暗条通道内的软木塞分布图。通过以3.5角秒为步长对南半球各纬度速度矢量取平均，定义了较差自转剖面。 结果：在暗条通道内清晰识别出超米粒组织。超米粒内部的发散流在通道内外表现相似。对应软木塞聚集的会聚流明显存在于Hα暗条足点及EUV暗条通道边缘。这些会聚点的光球水平速度可达1 km/s，但平均速度为0.35 km/s。某些位置检测到横穿通道的水平流动，暗示可能存在大尺度涡旋。 结论：光球层中对流与磁场的耦合相对较强。暗条通过其与光球的锚定点（即磁化区域——EUV暗条通道的端点、足点及侧向延伸部分）受到对流运动的影响。从大尺度视角看，较差自转在暗条中产生了0.1 km/s的剪切效应；从小尺度视角看，任何对流运动都有利于促进暗条光球锚定区的寄生极性与周围网络结构的相互作用，这可能解释了暗条的活动特征。
关键词： 日珥 – 太阳：光球层 – 太阳：紫外线辐射 – 太阳：磁场 – 太阳：暗条
更新于2025-09-23 15:22:29
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宁静太阳光球中的线偏振特征：结构与动力学
摘要： 我们利用SUNRISE/IMaX高分辨率观测数据，详细呈现了宁静太阳光球层中线性偏振特征（LPFs）的特性。通过分析不同噪声水平下处理的线性偏振信号数据，研究了LPFs的结构与动力学特征，并基于斯托克斯反演结果获取了其物理参数。研究发现，LPFs的数量、尺寸及偏振信号强度与噪声水平和空间分辨率密切相关：在信噪比≥4.5的最低噪声数据中（斯托克斯I连续谱噪声水平为1.7×10??），线性偏振覆盖约26%的观测区域；而具有空间分辨能力的LPFs在任何时刻仅覆盖约10%的区域，出现率约为8×10?3秒?1角秒?2。这些LPFs具有短寿命（30-300秒）、较小尺度（半径约0.1-1.5角秒）、强倾角形成hG级磁场等特征，平均水平运动速度为1.2公里/秒。观测显示LPFs在上行流与下行流区域（近乎）均匀分布，且其强度对比度始终高于宁静太阳平均水平。
关键词： 光球层：偏振、磁场、光学
更新于2025-09-23 15:22:29
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来自耀斑和光斑观测的SDO/AIA 1600和1700 ?滤光片的谱内容
摘要： 太阳耀斑期间紫外辐射的显著增强通常被视为这些事件释放的能量沉积导致低层太阳大气等离子体加热的标志。过渡区和日冕探测器以及大气成像组件（AIA；1600和1700 ?）通过宽带紫外滤光片拍摄的图像详细揭示了耀斑带的形态和演化过程。然而，这些图像的光谱成分仍基本未知。若不了解这些紫外滤光片的光谱贡献，这些丰富的成像数据集的使用将受到严重限制。为解决这一问题，我们利用天空实验室NRL SO82B摄谱仪在1300-1900 ?范围内的高分辨率光谱，估算了AIA紫外耀斑和光斑图像的光谱贡献。研究发现，AIA 1600 ?波段中耀斑的额外辐射主要由C IV 1550 ?双线（26%）、Si I连续谱（20%）构成，其他色球谱线如C I 1561和1656 ?多重线、He II 1640 ?以及Si II 1526和1533 ?也有较小贡献。对于AIA 1700 ?波段，C I 1656 ?多重线是主要贡献者（38%），其次是He II 1640 ?（17%），并伴随众多较弱的色球谱线，而连续谱的贡献极小。我们的研究结果可概括为：AIA紫外耀斑的额外辐射源自色球层，而两个波段的光斑辐射均以光球连续谱为主导。
关键词： 太阳：紫外线辐射，太阳：耀斑，太阳：大气层，太阳：色球层，太阳：光球层
更新于2025-09-23 15:22:29
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将表面对流纳入三维巴布科克-莱顿太阳发电机模型
摘要： 在光球层观测到的对流流（如超米粒组织、米粒组织）在巴布科克-莱顿（BL）过程中起着关键作用，该过程将太阳黑子磁场转化为大尺度极区磁场。大多数表面通量传输（SFT）和BL发电机模型将表面磁场的扩散与迁移建模为有效湍流扩散。近期SFT模型通过引入显式真实的的对流流来提高对流传输的保真度，但据我们所知，此前BL模型尚未实现这一点。我们首次提出了基于太阳观测显式纳入真实对流流的动力学三维通量传输/BL模型。尽管我们描述了将这些流推广到三维的方法，但发现它们产生的动力学小尺度发电机作用会破坏周期性发电机的运行。通过限制对流流仅作用于磁场的垂直径向分量，我们获得了周期性解。所得结果与观测到的表面通量演化以及湍流扩散率约为3×10^12 cm2/s（300 km2/s）的非对流模型总体吻合良好。然而我们发现，采用湍流扩散率会低估发电机效率，产生的平均磁场较弱且周期短于对流模型。此外，对流模型在极区呈现混合极性带（太阳观测中无对应现象），而极向磁通的迁移速度主要由经向流和垂直扩散决定。
关键词： 太阳：光球层，太阳：磁场，太阳：内部
更新于2025-09-23 15:21:21
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首次对小尺度宁静太阳涡旋进行SST/CRISP与IRIS同步观测
摘要： 背景：最新先进太阳观测与数值模拟发现，宁静太阳下层大气中普遍存在小尺度涡旋。 目标：我们通过宁静太阳网络间区域的色球层和光球层，研究米粒尺度涡旋及其相关上升流的特性与时间演化过程。 方法：分析高时空分辨率的地面与空间观测数据，包括瑞典1米太阳望远镜（SST）搭载的CRISP光谱偏振仪获取的Hα 6563?与Ca II 8542?谱线宽带/窄带图像高帧率时序数据，以及界面层成像光谱仪（IRIS）同步获取的紫外成像与光谱数据。 结果：首次在Hα、Ca II 8542?及Mg II k谱线中同步观测到小尺度涡旋。涡旋演化期间，-0.77?的Hα窄带图像与-0.5?的Ca II 8542?窄带图像及其多普勒信号图清晰显示涡旋区连续高速上升流事件。这些尺寸0.5-1角秒的高速上升流呈现螺旋臂形态，在天空平面上表现出两种显著视运动：(1)平均13 km/s的旋转运动；(2)4-6 km/s的膨胀运动。此外，涡旋区Mg II k及次级谱线的光谱分析表明其存在高达~8 km/s的上升速度，且温度高于邻近宁静太阳色球层。 结论：连续的小尺度涡旋事件通过驱动下层大气的持续高速上升流，可对上色球层产生加热效应。
关键词： 太阳：大气层，太阳：色球层，太阳：光球层
更新于2025-09-23 15:21:21
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在日出卫星G波段图像中观测到的水平流场
摘要： 背景：太阳孔隙是缺乏半影的磁特征结构，标志着磁流体动力学过程谱系中的两个重要转变：（1）磁场强度足以抑制对流能量传输；（2）在临界点部分孔隙会发展出半影并演变为太阳黑子。研究目的：本统计研究旨在全面描述太阳孔隙的尺寸、周长、形态、光度特性及水平自主运动。日本"日出号"卫星提供的无视宁度且均匀的数据，为比较不同环境及演化阶段孔隙邻近区域的流场提供了条件。研究方法：基于"日出号"太阳光学望远镜（SOT）观测的高分辨率G波段图像数据库，采用先进数字图像处理技术推导孔隙统计特性。研究包含两组数据：（1）2006年10月25日至2013年8月31日近七年单幅G波段图像推导的光度与形态特性；（2）2006年11月3日至2008年1月6日较短时期内，通过局部相关追踪（LCT）对356组一小时序列G波段图像分析获得的13个活动区水平流场。研究结果：7643个单帧/2863个时均孔隙构成统计基础。第23太阳活动周极小期孔隙主要出现在南半球低纬度区域，该不对称性在第24活动周上升期逆转——孔隙从高纬向低纬迁移。宁静太阳G波段图像中孔隙罕见，仅约10%独立存在?？紫锻ǔ３史窃残?，椭圆拟合时半长轴与半短轴典型比例为3:2。较小孔隙（超三分之二面积小于5平方兆米）更趋近圆形且边界褶皱较少?？紫睹婊胫艹ぞ隙允植?，光强频率分布可由代表暗/亮成分的双高斯函数重现。约20%孔隙区域存在类似本影点甚至光桥的亮特征。径向平均剖面显示：归一化半径RN=2.1处出现光强峰值，随后RN=2.3处出现散度峰值，RN=4.6处为水平速度径向分量峰值?？紫赌诓扛荷⒍惹苛冶砻鞔嬖谙蛐幕憔哿?，外部流则朝向相邻超米粒边界。当RN=1.4时光强达到宁静太阳水平的位置对应RN=1.6处散度为零点。研究结论：获得了具有统计意义的孔隙样本之形态、光度特性及水平流场数据，这为最终演化为太阳黑子或逐渐消散的磁通量集中区的MHD模拟提供了关键边界条件?？紫叮疤艉谧樱┦的Ｐ捅匦敕险庑┰际?，更重要的是孔隙集合体需与观测参数的频率分布一致。
关键词： 方法：统计、太阳黑子、太阳：活动、方法：数据分析、太阳：光球层、技术：图像处理
更新于2025-09-22 20:16:02
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一个开源的、大规模并行的非局部热动平衡（non-LTE）光谱线合成与反演以及塞曼效应引起的斯托克斯参数轮廓处理代码
摘要： 随着新一代太阳望远镜和仪器的出现，解读色球层观测数据（特别是光谱偏振测量）需要新的适用诊断工具。本文介绍了一个新开发的代码NICOLE，该程序专为斯托克斯非局部热动平衡辐射传输设计，能够合成与反演从光球层到色球层大范围大气高度的光谱线及塞曼效应极化轮廓。该代码具有多项独特功能，采用全新架构并配备强大的并行计算方案，适用于超级计算机处理海量数据集。源代码完全采用Fortran 90/2003编写，严格遵循ANSI标准以确保最大兼容性与可移植性。现公开发布该代码，旨在便于其他研究团队后续分支开发以增强其功能。
关键词： 太阳：光球层、偏振、太阳：元素丰度、辐射转移、太阳：色球层、太阳：磁场
更新于2025-09-23 14:58:34
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光谱偏振数据的空间解卷积：应用于宁静太阳磁元
摘要： 背景：从光谱偏振观测中提取太阳等离子体热力学和磁学特性的可靠信息存在一个难点，即仪器内部存在光散射现象（称为杂散光）。 目标：我们旨在分析经空间解卷积处理后的宁静太阳观测数据。通过研究宁静太阳磁元的物理特性，检验含噪数据解卷积过程的有效性。 方法：采用一种正则化方法将斯托克斯参数反演与解卷积过程解耦，从而能快速完成大尺度图像的反演且无需过多额外计算负担。我们将该方法应用于"日出号"卫星的宁静太阳光谱偏振数据，通过对比原始数据，检验了解卷积后谱线的空间与偏振特性。随后采用基于响应函数的斯托克斯反演（SIR）代码对斯托克斯谱线进行反演，由此获取大气物理参数的光学深度依赖关系。 结果：解卷积处理增强了连续谱图像的对比度并使磁结构更清晰。解卷积后的斯托克斯I谱线显示出塞曼分裂特征，而斯托克斯V谱线的振幅发生显著变化。这些谱线的面积不对称性与振幅不对称性的绝对值在解卷积后均增大。我们对某磁元的原始斯托克斯谱线进行反演发现：磁场强度重现了理论磁通量管的整体特征——磁力线在结构中心呈垂直分布，远离磁元中心时开始发散；而基于解卷积斯托克斯谱线推断的磁矢量同样呈现磁通量管特征，但此时测得更强的场强，且磁场强度与倾角沿视线方向的梯度更大。此外，磁通量管内磁环境与非磁环境间的突变更为显著。 结论：本文采用的解卷积方法揭示了望远镜点扩散函数（PSF）模糊效应所掩盖的信息。该解卷积方法计算负荷低，适用于大规模数据分析。
关键词： 太阳：光球层；技术：偏振测量；方法：统计方法；方法：数据分析；太阳：磁场；技术：光谱学
更新于2025-09-23 15:07:47
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太阳宁静区的能量和螺旋度收支
摘要： 目的：我们研究了太阳宁静区的自由磁能和相对磁螺旋度能量收支。方法：采用仅需单幅太阳矢量磁图的新型非线性无力场方法，计算了55幅宁静太阳矢量磁图的瞬时自由磁能与相对磁螺旋度收支。结果：与先前对活动区的研究类似，我们首次构建了宁静太阳区的（自由）能量-（相对）螺旋度图谱。发现宁静太阳区不存在主导螺旋度方向，并呈现以下单调相关性：a) 自由磁能/相对螺旋度与磁网络面积之间；进而b) 自由磁能与螺旋度之间。宁静太阳区的自由磁能收支是相应活动区收支向更低数值的连续延伸，但由于螺旋度方向的非相干性（与活动区形成对比），对应的螺旋度转变具有不连续性。我们还估算了整个宁静太阳的瞬时自由磁能与相对磁螺旋度收支，以及整个太阳活动周的相应收支。结论：推导的整个宁静太阳瞬时自由磁能收支及较小程度上的相对磁螺旋度收支，与较大规模活动区的相应收支相似，而太阳活动周内的总收支高于以往报道值。自由能收支与维持磁网络精细结构（如米粒组织和针状体）所需的能量相当。
关键词： 太阳：光球层，太阳：色球层，太阳：磁场
更新于2025-09-10 09:29:36