中学教育太阳色球谱线与非热粒子的诊断课件

1、太阳色球谱线与非热粒子的诊断创新团组系列报告之十 徐 稚第1页，共28页。在许多太阳活动现象过程中，都会产生大量的能量可达到 keV GeV 范围的非热粒子（电子或者质子）。 射电辐射X - ray - ray谱线第2页，共28页。非热粒子产生色球受到粒子轰击色球谱线特征响应怎样的非热粒子 ？3 色球谱线的轰击线偏振 1 原子的非热激发和电离 2 非热质子束与中性氢原子的电荷交换第3页，共28页。1. 原子的非热激发和电离能量堆积率非热激发电离谱线的响应变化(1) 氢的 Balmer 和 Lyman线的非热轮廓 (2) 连续谱的变化主要的影响因素：大气状态、非热粒子的总能流和谱指数、冕层质量、

2、非热粒子的属性等等.第4页，共28页。氢的Balmer / Lyman 线的非热轮廓 e 非热粒子流的总能流 F =4HLyLy(1) 总能流 F 越大，谱线发射越强尤其是在较冷的大气模型下比较明显(2) 轮廓据有线心反转的特征(3) 线翼对F 的响应要比线心明显第5页，共28页。 非热粒子流的谱指数 =3 = 4 = 5(1)越小,能谱越硬,则氢线的 辐射越强,特别是在线翼波段。 (2)谱线对的变化不如对 F 的变化敏感。F1F2F = 5*1011erg cm-2 S-1e第6页，共28页。M0 = 0M0 = m0F1电子束 = 4F=5*1011ergcm-2s-1质子束 = 4F=1

3、*1011ergcm-2s-1冕层大气质量 (M0) 的影响 冕层大气质量最小时, 非热谱线轮廓发射最强。当耀斑发展到 缓变相,我们将很难探测到非热效应。第7页，共28页。电子束 = 4F=5*1011ergcm-2s-1质子束 = 4F=1*1011ergcm-2s-1总能量相同不同的非热粒子 (电子/质子) 产生的影响 非热电子对谱线的影响比具有相同总能量的非热质子的影响大HLyLy第8页，共28页。色球谱线强度与非热粒子的探测谱线的积分强度比Flux 1 : non-thermalFlux 0 : thermal第9页，共28页。VAL 3 F1 F2HLy LyVSF &ep第10页，

4、共28页。H的观测谱线轮廓宁静大气H谱线轮廓= 4第11页，共28页。氢谱线对于非热电离激发的响应变化(1) 氢的 Balmer 和 Lyman线的非热轮廓 (2) 连续谱的变化Balmer 连续谱 （3640 ）Paschen 连续谱(可见光) （5000） - a heated atmosphere without electron bombardment - an initial atmosphere with electron bombardment - a heated atmosphere with electron bombardmentDing et al. 1999第12页，

5、共28页。非热粒子的产生色球受到粒子轰击色球谱线特征响应怎样的非热粒子 ？3. 色球谱线的轰击线偏振 1. 原子的非热激发和电离2. 非热质子束与中性氢原子的电荷交换2. 非热质子束与中性氢原子的电荷交换第13页，共28页。2. 非热质子束与中性氢原子的电荷交换低能质子束获取氢原子的一个电子，形成速度较快的“超热粒子”，（ ） 该粒子的辐射会带有 Doppler 位移，使得色球线( Ly, Ly) 线翼的发射增强。 PPV HV p12 34第14页，共28页。明显的Layman谱线的红翼辐射增强 第15页，共28页。天体偏振的产生机制 ？ (1)固体表面反射、微粒散射、分子散射、自由电子散射

6、、回旋辐射、同步辐射(2) （谱线偏振）Zeeman效应、共振辐射、轰击偏振原子的sublevel 的占有数不均衡各向异性的外辐射场弱磁场强磁场 非热粒子轰击 Hanle 效应Zeeman 效应氢原子受到各向异性的非热粒子的轰击而碰撞激发3. 非热粒子轰击与色球谱线的线偏振第16页，共28页。物理试验结果：试验发现：Skinner (1926)完整的理论讨论 ：Percival & Seaton (1958)试验及理论总结：Kleinpoppen (1969) & Heddle (1979) Eth (12ev) Etov (200ev - e ; 200kev -P)第17页，共28页。“光

7、谱偏振测量（spectropolarimetric）”望远镜Large Solar Vacuum Telescope of Baikal Astrophysical Observatory （Russia） THEMIS (Franco-Italian)第18页，共28页。色球谱线的线偏振 - 速度呈各向异性的粒子（1）粒子的属性 （电子？质子 ？ 中性粒子流？）（2）粒子束的注入方向 （一般为当地的径向）（3）粒子速度的各向异性的程度研究色球谱线线偏振物理意义 (2) 探究低能质子 (100 Kev) 的间接观测方法(3) 低层大气磁重联的佐证 （Ellerman Bomb etc.）(1)

8、 诊断非热粒子束的属性及能量第19页，共28页。谱线偏振方向与非热粒子的属性、能量的 “基本结论”电子束 ：P 为切向方向质子束 ：P为 object-to- center第20页，共28页。Henoux & Vogt 2003Zharkova & Syniavskii 2000The plane of polarization in H line is normally perpendicular to the direction of electron beam propagation. Depending on a viewing angle it can be either paral

9、lel or perpendicular to the flare-to-solar center direction 然而 -单单从偏振方向上不能敲定非热粒子的属性，要结合其他观测结果第21页，共28页。2002年7月23日耀斑的偏振观测 ： I up = I + S Idown = I - S S / I = (Iup-Idown) / (Iup+Idown)第22页，共28页。第23页，共28页。0.5” 11秒第24页，共28页。H-X 辐射源较宽的反转轮廓位置3% 10%观测时间第25页，共28页。Gan et al. 发现在空间上没有探测到7月23日耀斑的高能粒子 - 推测磁场位型可能是闭合场高能电子近乎move horizontally 非热电子束轰击= 4 5 F 1