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太阳作为恒星物理的指南 || 太阳与恒星大气模型
摘要： 我们对太阳、其他恒星及一般天体的认知，几乎完全基于对从伽马射线到射电波段广阔电磁辐射的观测与分析。这些辐射穿越浩瀚宇宙空间抵达我们——来自太阳的光需8分钟以上，而来自遥远宇宙的光则历经数十亿年。仪器探测到的信号，既源于被测天体内部光子与物质的复杂相互作用，也包含沿传播路径发生的其他交互作用。为理解这些过程，我们必须求解一个耦合的非线性难题：辐射如何在这种介质中传输？以各类等离子体为主的介质又如何受穿透辐射影响？由此我们得以建立不同天体的辐射光谱模型，从而深入洞察例如太阳和恒星大气的结构与动力学特征，这种方法称为光谱诊断。 然而大气实际状态可能通过复杂原子过程强烈依赖于内部辐射场的光谱分布，例如引发辐射加热/冷却等离子体，同时伴随热传导、波耗散或磁加热等过程。这些相互作用的整体复杂性由（磁）流体动力学方程与辐射传输方程的耦合系统支配，这被称为辐射流体力学（RHD），本章末将简要介绍。另一方面，若仅考虑预设模型大气中的辐射传输，我们处理的是上世纪已被透彻研究的"经典"天体物理问题——其基本概念多由太阳物理学家奠定，通常称为辐射传输理论（曾被视为太阳/恒星大气物理的同义词，如Unsold 1938年著作《恒星大气物理学》）。在各类恒星大气中，太阳大气具有独特优势：它能呈现不同结构模式及其动力学行为，为理解其他恒星（尤其是晚型冷恒星）现象提供范本。著名恒星物理学家D. Mihalas（同时从事太阳与恒星大气研究）曾言："我在博尔德高山天文台长期工作期间，每日直面太阳在高时空/光谱分辨率下多波段的惊人实况，这种经历或许比任何细节的太阳数据审视都更能警醒恒星大气建模者！"（Mihalas 1991）。Hubeny与Mihalas（2015）的权威教科书系统总结了恒星大气理论。
关键词： 非局部热动平衡建模、辐射流体力学、光谱诊断、太阳与恒星大气、辐射转移
更新于2025-09-09 09:28:46
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使用POLARIS进行辐射传输计算
摘要： 目标：我们推出POLARIS（偏振辐射模拟器）——一款新开发的三维蒙特卡洛辐射传输代码。该代码专为计算尘埃温度、偏振图谱及光谱能量分布而设计，能高效处理来自复杂磁流体动力学模拟的数据。其主要功能是在星际介质磁场研究背景下，开展多波段连续谱偏振测量的预处理与分析，典型应用包括探究磁场在恒星形成过程中的作用。 方法：我们将当前前沿的尘埃颗粒排列理论与现有尘埃加热及偏振算法相结合，在与恒星形成不同阶段相关的复杂天体物理系统中进行多尺度验证。POLARIS通过全谱段尘埃偏振机制来追踪潜在磁场形态结构。 结果：所得温度分布与磁流体动力学坍缩模拟产生的辐射源密度及位置相符。所研究的环星盘模型中计算得出的尘埃颗粒排列层与理论预测高度一致。最终我们在解析云模型的合成多波段偏振图谱中，计算出依赖于所用尘埃模型和颗粒排列理论的独特图案。
关键词： 磁场、偏振、尘埃、消光、辐射转移、磁流体力学（MHD）、方法：数值模拟
更新于2025-09-09 09:28:46
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使用DART-Ray进行光线追踪三维尘埃辐射传输：代码升级与公开发布
摘要： 我们推出了纯光线追踪三维尘埃辐射传输代码DART-Ray的深度更新版本。新版本包含五项重大升级：1）对射线角密度和散射辐射源函数进行系列优化；2）采用混合MPI+OpenMP方案实现多数据和任务并行化；3）新增尘埃自加热功能；4）支持以HEALPix格式生成模型内部观测者的表面亮度图；5）可在计算初始阶段预设预期数值精度。我们通过尘埃自加热不可忽略的基准模型测试了升级代码，并利用星系模型研究了源影响体积范围——这对确定DART-Ray算法效率至关重要。新版代码已公开发布，提供用户与开发者双文档，并附带多个程序用于创建不同模型几何结构的输入网格及导入N体与SPH模拟结果。这些程序可轻松适配不同输入几何结构、尘埃模型或恒星辐射库。
关键词： 散射、尘埃、消光、辐射转移、红外：星际介质，方法：数值模拟
更新于2025-09-09 09:28:46
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利用莱曼-α线探测泄漏莱曼连续谱的星系
摘要： 目的：我们提出基于星系莱曼α（Lyα）谱线轮廓推断其电离连续谱泄漏特性的方法。 方法：我们在两种H II区模型中进行了Lyα辐射转移计算。这些模型对电离连续谱逃逸具有通透性：1）定义莱曼连续谱（LyC）光学薄星团，其中大质量恒星产生的电离光子足以维持周围星际介质对电离连续谱的透明状态（即近乎完全电离）；2）定义被中性星际介质包围但存在孔洞的电离束缚介质，导致覆盖分数低于1。 结果：这些构型产生的Lyα光谱具有显著特征：1）第一种情况呈现经典非对称红移轮廓，但轮廓最大值相对于系统红移偏移较?。╲peak ≤ 150 km s?1）；2）第二种情况在系统红移处出现主峰（vpeak = 0），并由此产生系统红移蓝端非零的Lyα流量。若假设电离光子泄漏星系中来自泄漏星团的Lyα成分主导总Lyα光谱，则在高光谱分辨率Lyα光谱（R ≥ 4000）中，Lyα形态可作为探测LyC泄漏星系的预选工具。通过对十个已知文献记载的LyC泄漏体或候选体的本地星暴样本（具有高分辨率HST/COS Lyα光谱）进行检验，验证了我们的预测。 结论：高分辨率Lyα轮廓观测有望显示揭示恒星形成星系中莱曼连续谱光子逃逸的确切特征。
关键词： 线：轮廓 – 辐射转移 – 星系：星际介质 – 紫外线：星系 – 星系：运动学与动力学 – 星系：星团：一般
更新于2025-09-04 15:30:14
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在辐射传输模拟背景下对尘?？帕Ｋ婊尤群头⑸渎始扑愕幕疾馐?
摘要： 背景：随机加热尘?？帕＃⊿HGs）的热辐射在含尘介质的辐射传输（RT）问题中起着重要作用。因此在研究空间分布及其他模型参数对模拟观测量的影响之前，必须验证RT代码能否正确计算尘埃辐射。 目标：我们定义了一个适用于RT模拟场景中尘埃发射率计算的基准测试问题，特别包含SHGs的辐射。旨在为该功能实现者提供自足指南，并揭示各参与代码为加速计算所采用近似方法和启发式算法的影响。 方法：该基准问题定义包含典型天文尘埃混合物（含硅酸盐、石墨和PAH组分）的光学与热力学材料属性、颗粒尺寸分布，以及待测尘埃群需暴露的一系列解析定义辐射场和预期输出说明。我们使用六种参与基准测试的RT代码处理该问题，并将结果与公开尘埃辐射代码DustEM计算的参考解进行对比。 结果：各参与代码采用不同启发式方法控制计算时间在可接受范围内。我们研究了这些机制对计算结果的影响，并报告了各代码间的一致性（或差异）程度。除极端输入场外，在3微米≤λ≤1000微米的重要波长范围内，各代码结果差异均小于10%。 结论：RT代码相关?？槿肥的芏許HGs发射率谱产生高度一致的结果。本研究可为尘埃RT代码实现者提供参考，并为后续聚焦各代码RT特性的更广泛基准测试奠定基础。
关键词： 尘埃、消光、辐射转移、红外：星际介质，方法：数值计算，辐射机制：热辐射
更新于2025-09-04 15:30:14
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具有入射辐射的圆柱形细丝中的辐射传输
摘要： 目的：我们旨在改进先前对受照圆柱形丝状结构的辐射传输计算，以更好地理解氢和氦谱线中常见冷太阳色球与日冕结构的物理条件。 方法：我们在水平取向且位于太阳表面之上的圆柱体二维横截面上求解了辐射传输与统计平衡方程。该圆柱体充填氢氦混合气体，并在距太阳盘面特定高度处受光照。我们构建了由单根丝状体或沿视线方向多根丝状体组成的简易模型。这种首次结合氢氦辐射传输的二维多丝精细结构建模，使我们能计算圆柱体结构的合成出射光谱，并研究不同物理条件下多丝集合体视线积分效应。我们分析了温度分布与气压变化的效应，考察了给定视场内多丝结构的影响及多丝模型中结构间特殊速度的效应。将这些新模型与单丝模型对比，并通过参数变化进行测试。 结果：存在朝向圆柱丝状体边缘温度升高的温度梯度时，会降低太阳盘面入射辐射对多数氢氦谱线出射强度的相对重要性。我们还发现，当假设给定视场内丝状体随机位移时，光学薄与厚跃迁的积分强度表现显著不同——光学薄谱线的出射强度随丝状体数量成比例增加且强度空间变化趋于均匀；而光学厚谱线仅需少量丝状体即饱和，其强度空间变化仍与初始少数丝状体高度相似。若为每根丝状体添加随机生成的视线速度，多丝模型会产生具有显著不对称性的复杂谱线轮廓。 结论：这些新计算首次展示了沿视线静止或运动的多根圆柱丝状体发射H/He谱线辐射的积分效应，可用于解释太阳大气中冷日冕环或暗条丝状体等圆柱结构的高空间与光谱分辨率观测。
关键词： 谱线：太阳：色球层，太阳：日冕，辐射转移，谱线形成
更新于2025-09-04 15:30:14