（理论物理专业论文）太阳射电爆发纤维精细结构的观测与理论研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第l 页 摘要 太阳活动密切地影响着日地空间环境和地球高空大气结构，太阳耀斑 爆发产生的日冕物质抛射( c m e ) 是空间灾害的主要原因之一。探索太阳 活动的规律、太阳耀斑及其伴随c m e 的先兆、触发过程及能量传播机制 等等，从理论上推动了等离子体天体物理、磁流体力学等诸多基础理论的 发展，有着重要的理论意义；而对太阳活动的预报，是国际前沿科学一空 间天气学的重要组成部分，对避免空间灾害、为航空航天科学提供服务等 方面，具有重大的实际应用价值。著名的“微耀斑理论”，试图从较小的 时间、空间尺度范围探究太阳耀斑形成和触发的基本单元，而射电精细结 构是微耀斑理论的重要观测基础，对射电精细结构的观测和理论研究已成 为太阳射电天文学中快速发展的领域，对揭示太阳活动源区的物理本质具 有重要的意义。 2 0 0 0 年7 月1 4 日的太阳耀斑爆发一b a s t i l l e 事件，备受国际太阳物理 学家关注，著名的s c i 刊物“s o l a rp h y s i c s ”特出版专辑研讨该事件，从 光球、色球、日冕、直至日地空间的广阔空间尺度范围内，对该事件的观 测资料进行了分析和理论研究。中国国家天文台怀柔观测站的宽带频谱射 电望远镜，观测到了来自内日冕区的射电爆发及其精细结构，携带着耀斑 爆发初期磁场变化、能量释放的丰富信息，很有必要对其进行深入的理论 分析和计算。 作者在调研国内外太阳射电爆发研究的基础上，分析国家天文台射电 望远镜观测到的b a s t i l l e 事件的射电爆发资料。对叠加于太阳射电i v 型爆 发上的精细结构，作出了观测特征分析，发现大多数纤维结构的观测特征 在米波段和分米波段是相似的，由此提出它们可能源于相似的辐射机制， 并采用磁镜环模型，首次对分米波段的纤维结构进行分析计算，推算了纤 维辐射源区磁场强度大小及辐射源的空间尺度，且相关物理参量的推算量 级与其他人的研究工作结果是一致的，从而对该爆发源区的物理环境及过 程有了进一步深入的认识。 本论文首先概述了太阳活动、太阳射电研究历史及现状、射电辐射理 论等相关背景知识；其次，详细处理、分析和描述了b a s t i l l e 事件的射电 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 | 页 观测资料，统计分析其典型的观测特征：再次，阐述了与模型相关的基础 理论，包括磁流管特性、磁场重联、等离子体波及波一波相互作用等；然 后，针对b a s t i l l e 事件的射电纤维精细结构，详细分析了在其辐射源区可 能发生的等离子体加速过程，以及不稳定性导致的孤波，并对磁场强度及 辐射源的空间尺度等进行了估算，结果与其他理论预期相吻合：最后，对 本研究结果进行了总结和讨论。 关键词：太阳物理：太阳耀斑；射电爆发；纤维精细结构；辐射机制 西南交通大学硕士研究生学位论文第| li 页 a b s t r a c t s o l a ra c t i v i t y , e s p e c i a l l y , c o r o n a lm a s se j e c t i o n ( c m e ) d u r i n gal a r g e s o l a ra c t i v i t ya f f e c t e dt h es p a c ee n v i r o n m e n to fh u m a nb e i n ga n dc o u l db e o n eo fm a i nr e a s o n so ft h es p a c ed i s a s t e r t h e o r e t i c a lr e s e a r c h e so ns o l a r a c t i v i t y s o l a rf l a r ea n dc m e w e r ei n v o l v e di nm a n yf i e l d so ff o u n d a t i o n a l p h y s i c ss u c ha sp l a s m aa s t r o p h y s i c s ，m a g n e t o h y d r o d y n a m i c s ( m h d ) a n ds o o n t h ef o r e c a s to fs o l a ra c t i v i t y , am a i nb r a n c ho fs p a c ew e a t h e r ，w a s b e c o m i n gm o r ea n dm o r es i g n i f i c a n tf o rp r e v e n t i n gs p a c e d i s a s t e ra n df o r m a n ya s p e c t so fs p a c es c i e n c e f u r t h e r m o r et h e m i c r o f l a r et h e o r y t r i e dt o d i s c u s sa n df i n dt h ee l e m e n t a r yf l a r e si ns m a l ls p a c ea n dt i m es c a l ew h i c h m i g h tf o r ma n dt r i g g e rt h e w h o l es o l a rf l a r e t h ed e t e c t i o no fr a d i of i n e s t r u c t u r e ss h o w e d m a n y o b s e r v a t i o n a le v i d e n c e so f m i c r o f l a r e t h e o b s e r v a t i o n sa n dt h e o r e t i c a lr e s e a r c h e so nr a d i of i n es t r u c t u r eh a v eb e e n d e v e l o p e d f a s t r e c e n t l y a n d p l a y e d a n i m p o r t a n t r o l ei ns o l a r r a d i o a s t r o p h y s i c s t h e b a s t i l l e d a yf l a r eo f 14j u l y2 0 0 0 ，ag r e a ts o l a rf l a r ew i t hx - r a y h a i m p o r t a n c eo fx 5 7 b 3 w a so b s e r v e da r o u n d 10 ：2 4u ti nt h en o a a9 0 7 7 a ra tp o s i t i o nn 2 2 w 0 7 i nt h i sf l a r e v e r yr i c hi n t e r e s t i n gr a d i ob u r s t sa n d f i n er a d i os p e c t r a ls t r u c t u r e sw e r ed e t e c t e d ，n o to n l yi nm e t r i cw a v eb a n d ，b u t a l s oi nd e c i m e t r i ca n dm i c r o w a v eb a n d ( 1 0 - 7 6g h z b y n a t i o n a l a s t r o n o m i c a lo b s e r v a t o r i e so fc h i n e s ea c a d e m yo fs c i e n c e s n a o c ) t h e e v e n tg a v eu sag o o do p p o r t u n i t yt od i s c u s st h ep r o c e s s e so f m a g n e t i cc h a n g e ， e n e r g y r e l e a s ea n dp a r t i c l ea c c e l e r a t i o ni nt h ec o r o n ad u r i n gt h ep r e f l a r e ， e s p e c i a l l yu s i n g d e c i m e t r i ca n dm i c r o w a v ef i n es t r u c t u r ed a t a i nt h i st h e s i s ，w er e p o r tt h es o l a rt y p ei vb u r s t sa n di t sa s s o c i a t e df i b e r f i n es t r u c t u r e sr e c o r d e do n1 4j u l y2 0 0 0 at h e o r e t i e a li n t e r p r e t a t i o nf o rt h e f i b e r si sb a s e du p o nt h em o d e lo fam a g n e t i c - m i r r o rl o o pc o n f i g u r a t i o ni nt h e s o l a rc o r o n a i nt h i sm o d e l ，t h es o u r c eo ft h ef i b e re m i s s i o ni sc o n s i d e r e da s t h ed u c t i n go fw h i s t l e rs o l i t o n sw i t h i nt h em a g n e t i c m i r r o rl o o p u s i n gt h i s m o d e l ，w ee s t i m a t et h em a g n e t i cf i e l ds t r e n g t ha n d t h er e l e v a n ts p a c es c a l eo f t h ee m j s s i o ns o u r c ea r e a 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 v 页 i nc h a p 1o ft h i sd i s s e r t a t i o n ，w ei n t r o d u c et h eb a c k g r o u n do fs o l a r a c t i v i t y ，s o l a r r a d i or e s e a r c ha n dr a d i oe m i s s i o nt h e o r y i n c h a p 2 ，t h e o b s e r v a t i o n a lc h a r a c t e r i s t i c so ft h er a d i ob u r s to ft h eb a s t i l l ee v e n tw e r e d i s c u s s e di nd e t a i l i n c h a p 3 w e d e s c r i b e dt h ea s s o c i a t e df o u n d a t i o n a l t h e o r i e sw i t ht h em o d e lo fam a g n e t i c - m i r r o rl o o p ，c o n s i s t i n go ft h ef l u xd u c t ， t h em a g n e t i cr e c o n n e c t i o n ，t h ep l a s m aw a v e ，t h ew a v e - w a v ei n t e r a c t i o na n d s oo n t h e ni nc h a p 4 ，u s i n gt h em o d e lo fm a g n e t i c - m i r r o rl o o pt oe s t i m a t e q u a n t i t a t i v e l y ，w eo b t a i n t h em a g n e t i cf i e l ds t r e n g t h ，t h en u m b e ro fs o l i t o n si n as i n g l ef i b e rs o u r c e ，t h ev o l u m eo ft h es o u r c ea n dt h ed u c t i n gp a r a m e t e r s f i n a l l yw eg i v eo u ts o m e c o n c l u s i o n sa n dd i s c u s s i o n s k e yw o r d s ：s o l a rp h y s i c s ；s o l a rf l a r e ：r a d i ob u r s t ；f i b e r f i n es t r u c t u r e ： e m i s s i o nm e c h a n i s m 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 1 1 太阳物理概述 第1 章绪论 1 1 1 研究太阳的意义 太阳是一颗最接近我们地球的恒星，对太阳的研究有着重要的理论和实际 意义。首先，通过对太阳的研究，使我们可以了解广阔的恒星世界，实际上有 关恒星大气的辐射传输、内部构造和演化等问题的研究，都是以太阳作为范例 的。其次，太阳提供了地面难以实现的物理环境，其研究促进了某些物理学科 的发展，如太阳大气动力学、行星际动力学的研究，推动了等离子体物理和磁 流体力学的发展。最后，日地空间环境和地球高空大气结构，在很大程度上是 由太阳电磁波辐射和高能粒子辐射决定的，太阳活动引起一系列的地球物理现 象【”，严重影响到有关的国防与国民经济的重要部门，因此探讨太阳活动的各 种规律并对其进行预报具有重要的实际应用价值。 一个大的耀斑过程是由多个较小的时间与空间尺度上的能量释放过程组 成，这种小能量释放过程称为“微耀斑”。微耀斑是构成耀斑的基本单元，射 电精细结构是微耀斑理论的重要实测基础，观测和研究精细结构对揭示太阳活 动源区的复杂物理机制及空间灾害预报有着重要的理论及实际意义。 1 1 2 太阳的结构 太阳的分层结构( 从内向外) 1 2 , ”，如图1 1 所示。 1 0 r 二r ，日核，产能区，高温、高密、热核反应( 氢原子聚变 4 成氦) 。 d， 竺r 三r ，中层，温度和密度逐渐向外减小。 44 ， 三r r r ，对流层，物质处于剧烈的对流。 4 对流层外面是光球层，其厚度约5 0 0k m ，太阳的可见光几乎全由此层 发出，光球层是用肉眼观测太阳而看到的太阳表面，太阳半径和太阳表面都是 按太阳光球外边界确定的，光球层具有很陡的粒子密度梯度以及温度最低的特 西南交通大学硕士研究缴学位论文 - + 鼯2 页 程。 r r r + 2 5 0 0 k m ，色球屡，其外缘参麓不齐，密度比光球低，但 温度隗光球菇。 r + 2 5 0 0 k m r r 1 个太阳半径，日冕屡( 无明显边界、形状不规 则) ，醴冕层基有穰涟的滠度梯浚，温度高达1 0 6k ( 光球上空2 0 0 0 - - 5 0 0 0k m ， 温度从1 0 4 k 上升为1 0 6k ) 。 强鼙 图1 1 太阳球体分层结构 网核、中层和对流层举身的辐射由于被它上面的气体物质全部吸收而不能 至达玩球，因而看不见，称太阳内部( 本体) 。 光球、惩球、豳冕的辐射能够到达地球，可借助测量麓接获取信息，称太 阳大气。 西南交通大学硕士研究生学位论文0第3 页 1 1 3 太阳的活动 大量鼹测表明，太疆在稳定秘均匀她向翻嚣，k 宠发出辐射的越时 4 】，其大 气中的一些局部区域，有时会发出一皴存在时间比较短暂的“事件”【2 ，： 太鞠黑子；兜球中毙周爨鸷景明显爨爨夔斑点浆小嚣壤，其磁场可援必 一个臣大的能量存储，不但控制了光球中的活动区艟的物理过程，也控制了太 辩太气中较离层次( 麴惫球、毯冕) 添动区浓静镌壤过程，在党球层上，黑子 比周阑物质约冷2 0 0 0k 。 先璇：先球中魄鹜条略为明亮的浮云状小区域。 谱斑；用单色光( 如氢的如线、电离钙的h 和k 线等) 所看到的在色 球层中的一些明亮的有结构的醚域，代表环绕黑予的太阳犬气中的较热部分， 谱斑向下延伸就是光球中的光筑。 耀斑：最涌动、最剧烈的一种能量释放现象，表现为在黑子邻近的谱斑 区域孛豹突然恧短促豹增亮。 日珥；除耀斑、黑予、谱斑外，日珥( 暗条) 【5 】就属于最足著的太阳活 动现象7 ，表现为在太麓边缘羚嚣懿突出结橡，亮发毙嚣嚣豹蹇凄约小溪分数 量级，因而出现在太阳表面上时，表现为暗条。 般把太阳上所有这些在辩蓠、空阉上豹局部纯瑶蒙，疆及掰表巍蹬的备 种辐射增强，统称为太阳活动( s o l a ra c t i v i t y ) 。反之，将不舍这魑现象的理想 太阳，即时闻上稳定、空闻上球对称籁均匀辐射的太阳，称为宁静太阳( q u i e t s u n ) 。 1 1 4 太阳辐射 太阳辐掰通常指太阳的电磁波辐辩，辐射按波段的捌分为表1 1 所示。 由于地球大气的吸收，能够到达地面的只有可见光区、射电波段以及红外 区的些透明窗口，而紫外线、x 光和y 射线只能在高空测量嘲。 波长 lm m 的射电波段，可在地瑙点接测量，因丽太阳射电辏射的研究成 为了太阳活动研究的一个重要领域m 。 西南交通大学硕士研究驻学位论文 。 箔4 页 表1 i 太阳电磁辐射波谱 麓曩擅长箍麓量稚 7 射臻 翮b 时 瑶x 光o 0 0 2 s m j o 1 1 2 4k v e s o dh v 鞍x 毙0 1w h l 1 0 m0 1 勰k v 1 2 4h v 璐蕾井c e u v )1 0 n m ：j 1 5 0 m8 2 “v e _ 1 2 4 蘩井u v )1 5 0n m 3 t 。l 孙妒 嚣鑫。秘e v 可她伍 3 0 0r 黼l 7 5 0 蛳 i 6 s t v 丘1 3 e v 虹 i r )0 移腻i 如脚 o l 黯t ￥ e ：1 6 ，v 射电j i t me d 0 o o l 2 4 e v 1 2 太阳射电曩野究 太阳射电天文学是利用射电望远镜对太阳的射电辐射进行观测研究，并结 合其它电磁辐射与粒子黢射酶资謇季来搦示太黼酌物瑾本震豹学科，是诞燕于2 0 世纪4 0 年代的- 1 7 新兴交叉学科。 1 2 1 发媵历史 1 9 4 2 年谨赛大战期篱。波长为4 6m 的燎瞄雷达有时会突然受到强熬静电 磁干扰，研究表明，干扰并非来自地球上的人为影响，而怒源于太阳的天然现 象，髓与日街上的太阳活动( 如黑子和耀斑等) 密切相关。几乎同时，在3e m 1 0 c m ，l 9m 灼波段上也发现了射电辐射。1 9 4 4 年，r e b e r 蒋次发菠了关予太刚 射电辐射的文章，它标志着射电天文学的诞生。 1 9 4 2 冬2 嚣感理戆太阳大爨子群，证实? 强烈豹射电辎射与太阳耀斑密切 相关，从此，一些天文台便开始了系统地太阳射电研究。但当时的射电望远镜 豹穗度攫茇。 刹了1 9 5 0 年，引入了第一架频谱分析仪，在米波段，发现丁多种不同类 型懿掰电爆发。 1 9 5 3 年以后，观测波段从2m i l l 扩展到4 0r l l ，此后，采用了火箭和卫星的 西南交通大学硕士研究生学位论文乞第5 页 遗拜高空瘸溯，扩展了太阳着| 电的可测颓谱藏匿。 尤其是最近一蹰个太阳周以来，投入了一些空阗分辨攀、对阃分辨攀和频 谱分辨率更高的设备，获得了一些极有价值的新发现。如微波尖蜂辐射簿，为 进一步探讨太姻的射电的本质，提供了充实聪有力的涯据。 1 2 2 内容概述 太阳射电辐射蕻有三军中性质邂然稠异的成分( 分量) ，郎宁静太阳射电辐 射、太阳缓变射电辐射和太阳射电爆发。 太阳射嗽爆发怒指太阳受到强烈扰动时( 如耀斑) 所产生的一种强度急剧 增搬靛越毫辐射，按波长可分为米波 含更长波) 爆发、分米波爆发、微波爆 发三类【8 9 j ；按频谱随时间的变化特性。大致可分为i 型、i i 型、i 型、型 期v 裂爆发 i o “】。箕孛型爆发是连续谱，褒分寒波段，型爆麴频率菠蛋约 从2 0 0m n z 1g h z ，且在分米波的连续谱上，叠加着各式备样的精细结构化】， 如踩凌、纤维、瓣叠莘、尖蜂等盼1 4 , 1 受。 1 。2 。3 太阴射电研究的现状 耀斑爆发包含数千个不同时标的小爆发，成成上万个尖峰辐射f 阍，一个大 豹耀溅过程建壶多今套豹戆量释渡过程缝残，稼之碧“裂豫”，在瓣闺、窆阕上 的裂化是“微耀斑”理论的基础，具有较小空间与时间尺腱的微耀斑是组成耀 斑静麓本萃党。丽短时标的耪量垂结构楚一个与能量释放、被子加遮、释莘孛菲燕 高能过程密切相关的重要侧面，是微耀斑理论重要的实测纂础。因此，太阳射 电精细结构的观测和研究对认谈耀斑辐射源区复杂的物瑷机制谢着重溪的意 义。 j 琏z = - 十年来，射电天文观测的仪器设备和技术方法网臻完蒋，获得了高 空闽分辨率与毫孵闼分辨率豹鼹测资料，著缝合太嬲魏其蚀电磁波辐射鞫粒子 发射蒎料【l ，己观察到太阳射暾爆发中存在备种不同时标的快速精细结构，如 本文掰诗论瓣纾缭结擒，黠它羲滤溺与磺究愚毽蘩太鬻射魄天文学孛迅速发震 的领域，整个射电研究已取得了惊人的发展，理论研究已日益深入。 懿仍育诲多重癸雏鼹溺特征褥不剩正确豹解癸，些裰期藜瑗象滏采褥到 发现诋实，浆些关键性的理论课题迄今还未突破，i 教些都商待于射电观测研究 的不断深入褥加戬解决。为诧，必须充分积累蕊测资科，采用更精确的躐测仪 器。 西南交通大学硕士研究生学位论文 己 第6 页 1 3 射电辐射基本理论 射电辐射理论主要包括射电辐射的发射( 和吸收) 过程以及射电辐射的传 播( 转移) 过程的理论。 1 3 1 射电辐射的产生 多数情况下，辐射是由单个电子引起的，当这些电子与离子碰撞而被加速 时，产生轫致辐射，而当电子在磁场中回旋而加速时，产生磁回旋辐射，有时， 电子能量可以非常有效地转换到等离子体的某些特征波模上，产生等离子体辐 射【1 8 】。 1 、轫致辐射 起因于电子与离子的远距c o u l o m b ( 库仑) 相互作用，在无磁场渗透的热 等离子体中，轫致辐射是一种重要的辐射机制；在磁化等离子体中，当辐射频 率与回旋频率及其谐波频率相差很多时，该辐射也是一个重要的机制。 2 、磁回旋辐射 当非相对诡性电子在磁场中回旋时，便会在频率= 幔( s = 1 , 2 ，3 ) 上产生回旋加速辐射，其中皿为电子回旋角频率，s 为谐波数。 当中等相对论性电子( 能量e = 1 0 0k e v ) 在磁场中回旋时，产生同步加 速辐射，谐波数很高( 1 0 兰s 1 0 0 ) 。 当相对论性电子在磁场中回旋时，产生同步加速辐射，峰值频率为 = 0 4 3 5 皿y 2 ( y l o r e n t z 洛仑兹因子) 。 因为宇宙天体一般都带有磁场，在磁化等离子体中出现的磁回旋辐射机制 要比轫致辐射机制重要得多。 3 、等离子体辐射 等离子体辐射频率出现在等离子体频率及其二次谐波上，是射电米波爆发 的一种非常重要的发射机制。它包含二个阶段，首先在等离子体中产生高强度 的纵( l a n g m u i r ) 波，其次，一些l a n g m u i r 波的能量转换为横( 电磁) 波， 电磁波逃逸出等离子体而形成辐射1 2 1 。 1 3 2 射电辐射的传播 当辐射在等离子体中传播时，波与介质发生相互作用，表现为介质的介电 常数占和电导率。随波的频率变化，而波的折射指数刀和吸收指数t 随 盯变化【1 8 】。 西南交通大学硕士研究生学位论文。第7 页 l 、辐射在各向同性均匀“冷”等离子体中的传播 在这种等离子体介质中，没有外部磁场渗透，等离子体特性参数均匀分布， 空间色散可忽略，是一种最基本的辐射传播过程。 2 、在各向异性均匀“冷”等离子体中的传播 在这种等离子体介质中，存在外部磁场后，等离子体成为磁化等离子体， 具有各向异性和回旋的特性，各向异性体现于波的一些特性( 折射指数、偏振 态) 随传播方向不同而改变，回旋特性表现在波的椭园偏振上，是最重要的一 种辐射过程。 3 、在各自同性均匀“热”等离子体中的传播 在“热”等离子体中，必须考虑温度的影响，计及粒子的热运动特性及空 间色散效应，辐射传播时，除存在电磁( 横) 波外，还存在等离子体( 纵) 波。 4 、在各向异性均匀“热”等离子体中的传播 除考虑温度外。还要计及外部磁场的影响。存在着三种波，即非常波和寻 常波这两种电磁( 横) 波以及一种等离子体( 纵) 波，三种波模的三条色散曲 线在某些区域内彼此靠得很近，导致波模相互耦合，使一种波模“过渡”到另 一种波模。 西南交通大学硕士研究生学位论文t第8 页 第2 章射电纤维精细结构的观测 2 1 观测设备 一 国家天文台怀柔观测站的太阳射电宽带动态频谱仪，在综合指标上领先国 际已有设备，具有宽频带( 1 1 0g h z ) ，高时间分辨率( 1 0m s ) 和高灵敏度 的特征，由三个分段频谱仪组成【1 9 ，2 0 1 ，分别是1 0 2 0g h z 、3 6 3 8g h z 和 5 2 7 6g h z 频段。 2 1 11 0 - 2 0g h z 太阳射电频谱仪 1 0 2 0g h z 太阳射电频谱仪采用直径7 3m 网状抛物面天线观测，频率范 围为1 o 2 0g h z ，频率分辨率为2 0m h z ，5 0 个频率通道，时间分辨率o 1 s ， 可测量射电的左右旋圆偏振分量【2 l j 。 2 1 22 6 - 3 8g h z 太阳射电频谱仪 采用3 2 米抛物面天线，频率分辨率为1 0m h z ，时间分辨率为8m s ，灵 敏度2 的宁静太阳背景辐射强度，可测左右旋圆偏振分量，偏振测量精度蔓 1 0 ，麸有1 2 0 个频率通道【2 2 2 3 , 2 4 1 。 2 1 35 2 - 7 6g h z 太阳射电频谱仪 采用3 2 米抛物面天线，频率分辨率为2 0m h z ，时间分辨率为5m s ，灵 敏度s2 的宁静太阳背景辐射强度，可测左右旋圆偏振分量，偏振测量精度 4 - 1 0 ，共有1 2 0 个频率通道，是太阳射电宽带动态频谱仪的最高频段。 上述频谱仪技术指标汇总见表2 1 。 表2 1 频谱仪技术指标 频率范围 1 o 2 0g h z2 6 3 8g h z5 2 7 6g h z 频率分辨率2 0 z1 0 z 2 0 m h z 时间分辨率 1 0 0 m s8 m s5m s 瞬时动态范围2 1 0 倍宁静太阳背景辐射 偏振度测量精度 l o 1 0 1 0 西南交通大学硕士研究生学位论文 乞 第9 页 2 2 观测资料 2 2 1 观测统计概况 上述三频段的射电频谱仪在最近的太阳活动峰年中观测到了大量太阳爆 发事件及其精细结构【”1 ，观测资料领先国际水平，1 9 9 9 2 0 0 1 年的观测事件统 计情况如表2 2 、表2 3 、表2 。4 、表2 。5 、表2 6 、表2 7 、表2 8 所示。 表2 21 9 9 9 年太阳射电观测汇总表 观测巡视时间太阳流量2 8 4 g h z 太阳射电爆发 月份 天数( 小时)月平均值总数s 1 0 01 0 1 s 2 0 0 1 2 0 1 s 5 0 0 1 月3 12 6 0 1 3 4 42 52 32 2 月 2 82 5 51 3 6 。81 41 3l 3 月3 12 9 41 2 4 o1 31 2l 4 月3 03 3 61 1 7 787l 5 月3 l3 7 01 4 9 53 33 2l 6 月3 03 5 8 1 7 4 43 63 141 7 月3 l3 7 11 7 0 24 74 151 8 月 3 l3 6 11 7 0 o4 64 123 9 月 3 03 3 l1 3 7 51 41 31 1 0 月 3 12 9 31 6 1 32 22 2 1 1 月3 0 2 5 01 8 7 16 05 4331 1 2 月 3 l2 2 91 6 4 51 71 511 总计 3 6 53 7 0 8平均1 5 2 33 3 53 0 42 092 西南交通大学硕士研究生学位论文：第10 页 表2 32 0 0 0 年太阳射电观测汇总表 观测巡视时间太阳流量月2 8 4g h z 太阳射电爆发 月份 天数( 小时)平均值总数s 1 0 01 0 l 鹤q 0 02 0 1 s 5 0 0 1 月3 l2 1 61 5 3 4 1 21 - 0 11 2 月 2 92 5 41 7 6 42 11 8l 2 3 月3 13 1 52 1 1 24 23 83l 4 月 3 03 3 01 8 8 22 82 4 3l 5 月3 l3 7 41 8 7 13 23 01 1 6 月3 03 7 21 8 4 14 l3 524 7 月 3 13 7 22 0 9 07 46 2 633 8 月3 13 6 01 7 1 61 21 2 9 月3 03 4 01 8 9 45 24 623l 1 0 月 3 l3 0 71 7 8 21 91 5 22 1 1 月 3 02 6 91 9 0 34 03 7 3 1 2 月3 12 4 31 8 2 。81 51 5 总计3 6 63 7 5 2平均1 8 5 13 8 83 4 21 61 51 5 ( 表中s ：太阳射电辐射流量，单位为s f u ) 表2 42 0 0 1 年太阳射电观测汇总表( 截止到1 1 月份) 观测巡视时间太阳流量月2 8 4 g h z 太阳十电爆发 月份 天数( 小时)平均值总数s l o o1 0 1 ； 2 0 02 0 1 s 5 0 0 1 月 3 12 5 51 7 5 21 31 3 2 月2 82 4 81 5 3 1 963 3 月 3 l2 8 81 7 9 33 93 27 4 月 3 03 2 01 8 3 o6 55 6225 5 月3 13 6 3 1 4 8 o3 l2 533 6 月 3 03 8 61 7 4 44 53 932l 7 月 3 l3 7 81 3 0 91 81 71 8 月 3 l3 7 41 5 5 。54 33 823 9 月 3 02 8 42 3 4 29 18 18l1 1 0 月 3 13 2 42 1 4 54 33 831l 1 1 月3 0 2 8 52 2 0 24 53 842l 1 2 月 总计3 3 4 3 5 0 5平均1 7 8 94 4 23 8 33 51 59 ( 表中s ：太阳射电辐射流量，单位为s f u ) 西南交通大学硕士研究生学位论文t第11 页 表2 52 8 4g h z 太阳射电辐射流量及太阳射电爆发 2 8 4g h z 太阳射电辐射流量月平均值( s f u ) 年平均 年份及太阳射电爆发个数 值及爆 1 月2 月3 月4 月5 月6 月7 月8 月9 月1 0 月 1 1 月1 2 月发个数 1 3 4 4 1 3 6 81 2 4 o1 1 1 7 1 4 9 5 1 7 4 4】7 0 21 7 0 0 1 3 7 51 6 1 31 8 7 11 6 4 51 5 2 3 1 9 9 9 2 51 41 383 33 64 7 4 61 42 26 01 73 3 5 1 5 3 41 7 6 42 1 1 21 8 8 21 8 7 11 8 4 12 0 9 0 1 7 1 6 1 8 9 4 1 7 8 21 9 0 31 8 2 81 8 5 1 2 0 0 0 1 22 l4 22 83 24 1 7 41 25 21 94 01 53 8 8 1 7 5 21 5 3 11 7 9 31 8 3 01 4 8 01 7 4 41 3 0 91 5 5 52 3 4 22 1 4 52 2 0 2 1 7 8 9 2 0 0 l 1 393 96 53 14 51 84 39 l 4 34 54 4 2 表2 6 太阳射电频谱事件( 1 9 9 9 年) 太阳射电频谱事件太阳射电频谱共同事件 1 0 2 og h z2 6 3 8g h z5 2 7 6g h z1 4 2 1 4 2 1 4 2 2 8 4 月份2 8 4 2 8 4 5 7 0 5 7 0 1 4 22 8 45 7 0 f sf sf s 5 7 0g h z g h z g h z g h zg h zg h z g h z 1841 3l7 27185 35o72 47o63 5811 34 67l83 78 843l 9 1 022l 1 11 5 85 1 23 l1 总计 6 276 71 1 422 46 注：f s 一精细结构。1 9 9 9 年因搬迁( 怀柔站) 观测有中断。 表2 7 太阳射电频谱事件( 2 0 0 0 年) 太阳射电频谱事件太阳射电频谱共同事件 1 0 2 0g h z2 6 3 8g h z5 2 7 6g i z1 4 2 1 4 2 1 4 2 2 8 4 月份2 8 4 2 8 45 7 05 7 0 1 4 22 8 45 7 0 f sf sf s5 7 0g h zg h zg h z g h zg h zg h z g h z 1837l1 l06021 21 131 321 6o1 00o3 31 212 8 21 826321 7 41 031 251 8l6o23 5l l32 352 015321 2 62 843 0 22 611 565 5 73 81 15 465 232 8l21 9 84130400o21 91 3o2 003o16o2 1 082927o2122 1 11 223 122 211 0209 1 2101 511 21loo1 0 总计 1 5 63 32 4 52 82 0 91 09 02 21 98 4 注：f s 一精细结构。 西南交通大学硕士研究生学位论文 t 第13 页 表2 8 太阳射电频谱事件( 2 0 0 1 年1 1 1 月) 太阳射电频谱事件太阳射电频谱共同事件 1 0 2 og h z2 6 3 8g h z5 2 7 6g h z1 4 2 1 4 2 1 4 2 2 8 4 月份2 8 4 2 8 45 7 05 7 0 1 4 22 8 45 7 0 f sf sf s5 7 0g h zg h zg h z g h zg h zg h z g h z l301 0 l 8130o4 24o81 7 o40o 3 3 1 8 33 9 62 94 1 4301 1 43 026 555 2 32 72o2 1 51 213 021 3o65o6 62 043 6 41 8 17919 7 411 811 0o4o 0 6 81 7l3 721 9o7 621 0 93 248 366 332 3 903 8 1 01 224 12 3 4 29212 4 1 11 624 374 101 81 0 2 2 1 2 总计1 6 82 0 4 1 03 72 9 41 4 1 2 23 7 4 1 5 4 注：f s 一精细结构 2 2 2 具体观测事件 本文所研究的事件是2 0 0 0 年7 月1 4 日太阳分米波i v 型射电爆，位于 n o a a 9 0 7 7 活动区，持续期为1 0 ：1 0 1 l ：0 0u t ，是一次重大的太阳耀斑，属双 带耀斑。该事件引起了国际太阳物理界极大的关注，国际著名s c i 刊物( s o l a r p h y s i c s 特邀全世界太阳物理学家对此事件从各方面深入研究，发表学术论文， 并为此事件出版了一期专辑。结合国外的射电观测，以及中国国家天文台的射 电频谱仪，我们看到在米波段、分米波段及微波段的很宽的频带范围内，均观 测到了丰富的射电爆发及其爆发精细结构【2 “，其频谱观测图见图2 1 。 西南交通大学硕士研究生学位论文 第14 页 图2 12 0 0 0 年7 月1 4 日在宽频带上的太阳射电观测资料 西南交通大学硕士研究生学位论文!第15 页 ( a ) 图频率范围为2 5 - 2 7 0m h z ，该图来源于因特网上的i z m i r a n 天文台 观测资料，( b ) 、( c ) 和( d ) - - 图是由国家天文台怀柔观测站的宽带动态频谱仪获 得的射电频谱资料。这是经定标修正后的灰度频谱图，其明亮程度表示射电辐 射强度。其中( a ) 图在2 5 - 2 7 0m h z 波段的频率及时间分辨率各为0 2m h z 、o 0 4 s ，而( b ) 、( c ) 和( d ) 图在1 0 2 0g h z 、2 6 3 8g h z 及5 3 7 6g h z 波段的频率分 辨率各为2 0m h z 、1 0m h z 、2 0 矗i h z ，而时间分辨率各为0 1s 、0 2s 、0 2s ， 宽带连续辐射具有右旋偏振( r c p ) 特性，具体在1 0 ，2 0g h z 、2 6 3 8g h z 及5 2 7 6g h z 频段的偏振度分别为5 0 r c p 、7 0 r c p 和3 0 r c p 。 射电观测资料与卫星x 射线观测资料的对比如图2 2 所示。其中软x 射 线( s o f t x r a y s ) 数据由s o h o 卫星上的g o e s 8 探测器( 环境应用同步卫星) 获得，硬x 射线( h a r d x r a y s ) 由中科院空间中心的风云2 号( f y - 2 ) 卫星探 测到。 耀斑的射电辐射大约在1 0 ：0 5u t 以一个缓慢增加的宽带连续辐射开始， l o ：1 0u t 后，在上述各频段出现加强相 2 7 1 ：1 0 ：2 2u t 以后，所有频段的辐射 流量迅速增加；1 0 ：4 0u t 以后，辐射集中在1 4 0m h z - 1 7g h z 频段。同时，其 它频段的辐射则迅速减弱( 如图2 1 ) ，包括硬x 射线和软x 射线( 如图2 2 ) 。 1 0 ：2 2 1 0 ：3 5u t 期间，i i 型爆出现在2 5 4 5m h z 的低频区，1 0 ：2 2 1 0 ：2 3 u t 和1 0 ：2 4 1 0 ：2 5u t 期间，分别出现快速频漂爆发( 类似型爆) ，其频漂率分 别为一o 1 0g h z ，s ，一o 2 2g h z s ，1 0 ：2 6 1 0 ：2 8u t 期间，在1 o 1 4g h z 频段，出 现一些窄带型爆，1 0 ：2 9 1 0 ：3 4u t 在1 0 1 8g h z 频段，产生一个漂移脉动结 构( d p s ) ，其频漂率为0 0 0 4g h z j s ，1 0 ：4 3 - 1 0 ：4 4 u t 及1 0 ：4 6 1 l ：0 0u t ，在1 o 一1 8 g h z 频段，分别有脉动结构和分米波型爆，叠加于型爆上有许多纤维结构 ( 如图2 3 ) 。 西南交通大学硕士研究生学位论文 0 第16 页 图2 22 0 0 0 年7 月1 4 日太阳硬、软x 射线与射电观测资料的对比 西南交通大学硕士研究生学位论文第17 页 图2 _ 3 射电爆发上的叠加的典型精细结构 西南交通大学硕士研究生学位论文 v ：第18 页 射电望远镜在探测到i 型爆发、窄带i 型爆发、r s ( 反向漂移结构) 爆发和 u 型爆发的同时也探测到许多精细结构【2 引，可在图2 3 中看到，相关参数见表 2 9 。 1 0 ：4 0u t 之后，最强的辐射为分米波型爆，频带为1 0 2 0g h z ，同时 有许多纤维结构叠加在型爆上。 表2 9 射电精细结构的参数统计( 以时间为序) 1 ( 如帆p f s ai ne z r hf n l 甲o c c n n 暇4 缸t h er ( d m a u t 捌嘶d 缸t 既强li n 出舶托df np f g 3 d 2i b j 瑚t 皿t 皿l 量b 删l 蒯t h 。 t b t 穗a lb t 埘删t h 西南交通大学硕士研究生学位论文第19 页 2 3 射电爆发中纤维结构的观测特征 2 3 1 纤维结构的观测资料 2 0 0 0 年7 月1 4 日，在1 - 2 g h z 的频谱仪上，探测到叠加于太阳射电型 爆上的分米波纤维结构，经过小波分析数据处理【2 9 】，得到了在1 0 ：4 3 ：0 6 1 0 ：4 3 ：4 6u t ，1 0 ：5 5 ：5 8 1 0 ：5 6 ：4 6u t 及1 0 ：5 9 ：0 3 1 0 ：5 9 ：3 3u t 的频谱图，见 图2 4 。射