太阳磁场测量及其原理课件

观测及联测需求第一课题组：国家天文台：颜毅华（组长）、邓元勇、张枚、苏江涛、谭宝林、谭程明…云南天文台：刘忠（副组长）、屈中权、刘煜…2024/1/241.任务书

太阳磁场的起源与演化太阳活动区的起源与演化

太阳射电物理研究太阳磁场的延伸研究.主要观测设备（1）

中国太阳射电宽带动态频谱仪（怀柔）：高时间-频率分辨率，目前国际上同类设备中有重要影响的先进设备。包括：1.10-2.06GHz（时间分辨率为5毫秒，频率分辨率为4MHz，240个通道）2.60-3.80GHz（时间分辨率为8毫秒，频率分辨率为10MHz，120个通道）5.20-7.60GHz（时间分辨率为5毫秒，频率分辨率为20MHz，120个通道）2.84GHz的射电流量计，连续运行了3个太阳活动周。

.主要观测设备（2）

多通道太阳望远镜（怀柔）：35cm太阳磁场望远镜：光球(λ=5324Å)和色球(λ=4861Å)矢量磁场、视线速度场10cm全日面矢量磁场和视线速度场望远镜，附带宽0.1A的万能双折射滤光器14cm色球望远镜，全日面和局部区色球Hα单色像、色球纵向磁场8cmCaIIλ=3933Å全日面单色像望远镜60cm多通道太阳望远镜主镜我国独创的，能同时测量太阳不同层次、不同尺度的视频矢量磁场、速度场、谱线轮廓和Stokes参数轮廓的高灵敏度综合望远镜。.主要观测设备（3）

一米红外太阳塔（云南抚仙湖）：光球高分辨率成像（Tio，G

band)。已具备常规观测能力。高分辨率色球像（6563)，3个月内具备常规观测能力。多波段光谱仪（6563，8542，10830），约半年后具备狭缝扫描功能。矢量磁场测量，偏振分析器研制中。.主要观测设备（4）

新一代厘米-分米波射电日像仪低频阵（40面4.5米天线）频率范围：400-2000MHz时间分辨率：最好25ms频率分辨率：64通道，25MHz空间分辨率：10-51角秒高频阵（60面2米天线）频率范围：2-15GHz时间分辨率：最好25ms频率分辨率：128通道空间分辨率：1.4-10角秒最长基线：3000米

观测时长：>6小时圆偏振观测动态范围：

25dB.主要观测设备

光球：矢量磁场、速度场、单色像色球：纵向磁场、速度场、单色像（Halpha）日冕：射电频谱、像光球是(可直接观测的)日地联系的源头磁场是太阳活动的控制因素.磁场测量基本原理

WeuseZeemaneffecttomeasurethemagneticfieldonthesolarphotosphere.Wemeasurepolarizedlighttoderivevectormagneticfield:Circularpolarization(StokesV)forlongitudefield(Bz)andlinearpolarization(StokesQandU)fortransversefield(BxandBy).Therearetwotypesofvectormagnetographs:Spectrograph:measurethefullspectrumofaline;useinversioncodetoderivevectorB(advantage:accurate)Filter-magnetograph:measureatafixedwavelength;usecalibrationmethodbasedonlinearassumption(advantage:bettertemporal-resolution).怀柔磁像仪Site:islandinHuairoulakeSeeing:1-2arcsec

Since198635cmindiameterFeI5324.19ÅlineLandefactorg=1.5StokesV:-0.075ÅfromlinecenterStokesQandU:linecenterNoopticalsystemchange.TypicalobservationandphysicalquantitiesstudiedShearangleCurrent(Jz)Twist(

z)Twist(

best)Currenthelicity(hc)CurrenthelicityimbalanceAllthesequantitiesindicatethenon-potentiality(helicity)ofthemeasuredfield..AnewsolarfulldiskvectormagnetographatHuairouStokesVStokesQStokesU10cmindiameterFeI5324.19Åline.ResearchinterestsMeasurenon-potentiality:ShearangleCurrent(Jz)Twist(

z)Twist(

best)Currenthelicity(hc)CurrenthelicityImbalanceVectormagneticfieldonthephotosphereExtrapolationofcoronalmagneticfieldForexample:VariationassociatedwithflaresandCMEsFluxemergenceprocessHelicityproducedbysolardynamo.Derivedcoronalstructures

DerivedfieldlinesshowconsistencewithHαimage.(WangHNetal.,2001,SolarPhysics,201,323)UsingHuairouvectormagnetogramandareconstructionmethodproposedbyYan&Sakurai(1997).VariationassociatedwithflaresandCMEs

Acasewhereanewfluxsystemofnegativehelicityemergesintoanactiveregion(NOAA8210)withpositiveoverallhelicity(

best=0.010arcsec-1)suggeststhattheemergenceofoppositehelicitymightbethetriggeroftheCME.(WangJXetal.,2004,ApJ,615,1021)EFR.Helicityproducedbydynamo(Bao&ZhangH.,1998,ApJ,496,L43)CurrenthelicityimbalanceTwist(Pevtsovetal.,1995,ApJ,440,L109)

Statistically,Inthenorthernhemisphere:

z,

best,hc,ρh

<0

Inthesouthernhemisphere:

z,

best,hc,ρh

>0

.磁螺度积累与日冕物质抛射1、磁螺度在日冕中是积累的；磁螺度的积累自然导致磁场自由能的储存，提供CME爆发所需能量

---定量测量螺度在日冕中的积累过程怀柔太阳磁场望远镜(1986–现在)：测量局部区的光球和色球矢量磁场全日面光学与磁场监测系统（2006-）：测量全日面光球矢量磁场（HMI）螺度传输

无力场外推2024/1/2416.磁螺度积累与日冕物质抛射2、当磁螺度的积累超过一定限度时，将不存在无力场平衡态，爆发成为一种必然---估算与日冕物质抛射有关的量值太阳射电观测可以帮助我们诊断外推磁场的可靠性。（Halpha、STEREO、SDO）以怀柔光球矢量磁场观测的数据作为边条件，在无力场假设下，外推出日冕磁场，估算出无力场的磁螺度值和上限值。(Yanetal.,2001,