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基于源区位置统计结果的日冕物质抛射观测特征研究

陈彩霞  
【摘要】:日冕物质抛射(Coronal Mass Ejection, CME)是太阳上最猛烈的爆发活动之一,是引起行星际空间和地磁扰动的主要原因。现在常用白光日冕仪的观测来研究日冕物质抛射的传输和演化过程,因而如何恰当地理解白光日冕仪中的CME的观测特征对太阳和空间物理领域的许多相关研究至关重要。另外,活动区储存了大量的磁自由能,被认为是CME的有力产生者。深入地研究CME与活动区之间的关系,对了解CME的触发机制和产生规律十分重要。 为了避免数据选取过程中人为因素引起的偏差,在研究过程中,我们尽量保持了CME和活动区样本的完整性,对CDAW CME目录’列出的1997-1998年间所有1078个CME的源区位置进行了认证。我们发现除了因数据质量差而未能认证源区位置的231个CME外,总共有288个(34%)CME的源区在太阳正面、234个(28%)CME的源区在太阳的边缘以及325个(38%)CME在EIT195A观测中没有明显爆发特征。同时在SOHO/MDI综合磁图的基础上,应用Wang and Zhang于2008年发展的活动区自动识别及参数提取法,对该时期内的活动区进行了识别,总共得到108个MDI活动区。结合CME源区位置信息,我们发现53%的活动区产生了CME,且其中约14%的活动区为CME多产的活动区(产生3个及以上CME),另一方面63%的CME产生于活动区,其它的CME则产生于活动区外。 在此基础上,统计分析了1997-1998年间LASCO CME的观测特征及其与活动区的关系,其中包括CME源区位置的分布、与CME亮度相关的若干科学问题、CME在内日冕中的偏转以及CME与活动区的关系等,获得了以下有意义的结果。 1.CME源区位置分布方面: CME源区位置的纬度分布呈现明显的双峰,峰值出现在±(15°-30°),这恰好与太阳活动区带的位置相吻合,而且没有CME产生于极区(±75°以外);观测到的CME中大约有56%产生于靠近太阳边缘的区域;CME的平均表观速度约为435km s-1,并且靠近日面中心的和边缘CME的表观速度分布没有明显的差别;边缘CME的平均角宽度约为59°,其中约有65%的边缘CME的角宽度在30°到90°之间;统计结果显示靠近日面中心的CME的平均角宽度是边缘CME的两倍,这表明存在明显的投影效应。 2.与CME亮度相关的若干科学问题方面: (1)大约有32%的太阳正面的CME无法被SOHO观测到,这可能是地磁暴的高漏报率的一个直观的解释。 (2)白光CME在任意给定日心距离处的亮度与其速度大致上正相关,这可能表明白光日冕仪中增强的亮度不仅包含CME的贡献还包含周围压缩的太阳风等离子体的贡献;由白光日冕仪中亮度得到的CME质量可能是高估了。 (3)投影效应和能量的剧烈释放是晕状CME的主要原因,但对边缘晕状CME来说,后者更为主要;总体上,大约有25%的晕状CME强于所有CME的平均强度。 3.CME在内日冕中的偏转方面: 统计结果表明,在接近太阳活动低年期间,大多数CME向赤道方向偏转。根据CME偏转过程的不同特征,可以把CME向赤道方向的偏转分为不对称膨胀、非径向抛射以及偏转传播三类。 4.在CME与活动区的关系方面: (1)活动区的CME产生率与活动区的复杂程度相关性很强,但与活动区所处的阶段无关。能产生CME的活动区的面积、磁通量、极性反转线的长度和条数的平均值是没有产生CME的活动区的2倍左右,而CME多产的活动区的参数平均值更大一些。 (2)同源相关的CME产生的时间间隔约为8小时,这可能反映了在同一活动区内一个CME触发另一个CME或者同一活动区积累磁自由能的时间尺度。 (3)同一个活动区在15小时时间内最多只能产生一个强的(速度在800 kms-1以上)CME。 (4)CME的表观参数,如速度、加速度、角宽度等与CME是否来自活动区没有明显的关系。另外,统计表明CME的表观速度与活动区参数之间没有明显的关系,而CME的角宽度与活动区参数存在较弱的相关性(相关系数为0.45),其中活动区的面积和磁通量是两个重要的因素。


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