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科研动态

国家天文台团队在太阳黑子振荡研究领域取得重要进展

发表日期:2018-02-06来源:放大 缩小

  近日,TAP+项目支持下,国家天文台怀柔太阳观测基地苏江涛研究员、邓元勇研究员、张枚研究员等人利用国际最大口径太阳望远镜——美国大熊湖天文台Goode Solar Telescope (GST)的高分辨观测,在太阳黑子振荡研究中取得重要进展。GST是迄今国际建造的最高分辨率的太阳望远镜。得益于当地优良的Seeing观测条件、先进的自适应光学技术(AO/MCAO)以及独特的终端仪器设备,其高时空分辨率观测数据已经可以为许多科学问题找到答案(例如在波段6563 Å,可达到0.1″≈70 km)。 

  2014年起,苏江涛等人连续获得了GST观测时间,利用所获得的优异观测资料,逐步澄清了一个几十年来争论不休的有关太阳黑子的科学问题,即:黑子本影振荡是否是半影行波的驱动源。以往的研究中,主要的分歧源自色球本影振荡周期为3分钟,而半影行波周期是5分钟。由于周期存在差别,物理上无法提供合理的解释。同时,以往的观测上也从未在色球本影中找到高于噪音水平的5分钟振荡信号。 

  2014年,Sych&Nakariokov利用空间卫星SDO/AIA紫外波段观测数据,发现了本影波波前传播轨迹有双旋臂结构的现象。苏江涛等人利用GST的观测数据研究黑子振荡,发现黑子本影波前传播轨迹存在更多更丰富的精细结构,除了已发现的双旋臂传播模式,还存在有单旋臂和多旋臂的模式。更为重要的是,首次发现了黑子本影行波波前不但可以旋转,而且旋转方向是可以转换的,比如从顺时针旋转向逆时针方向转化,再从逆时针向顺时针转化(Su et al. ApJ, 2016a),这类似阿尔芬波在太阳冕环中传播时造成磁力线的周期性左右扭转的振荡形式(见图1)。在以上观测基础上,为了研究本影振荡与半影行波关系,苏江涛等人统计研究了24个本影振荡事件,首次发现当本影行波传播到本影-半影边界时出现两种传播方向,其一是继续沿着径向传播,最终发展成传统意义上的半影行波;其二是做螺旋运动,重新返回到本影中心并在那里膨胀,开启下一次的本影振荡事件(见图2),这意味着本影振荡与半影行波在本影-半影边界有共同的驱动源,而不是简单的前者驱动后者的问题(Priya, et al. ApJ, 2018)。

    除以上研究外,苏江涛等人还第一次清晰的观测到亮桥两侧黑子中,周期大于4.2 分钟的本影波沿相反方向向亮桥传播(见图3)。其中,具有相同频率的波相遇会产生干涉,第一次清晰的得到了亮桥上本影波干涉图样。我们推测亮桥上的振荡应起源于两侧黑子本影波,而不是像黑子一样是由于其下面(光球或者亚光球)的振荡源产生的(Su et al. ApJ, 2016b)。

  2014年至今,苏江涛等人利用GST观测资料针对上述科学问题,开展了针对性的观测和研究,共发表了5ApJ文章,一篇RAA文章。首次发现了本影波波前传播从单旋臂到多旋臂模式的精细结构,这可能反映了其传播介质-磁场的缠绕结构。同时,首次观测到了本影亮桥上的本影波干涉图像。更重要的是,发现了本影振荡与半影行波在本影-半影边界有共同的驱动源。 

  天文学上的每一次观测仪器和技术的升级都会带动科学研究的发展,TAP+平台为古老的黑子动力学研究洒下了一缕新的曙光。 

  第一行本影波波前传播形成类似螺旋线的单旋臂的模式;第二行本影波波前传播形成类似星系结构的双旋臂和多旋臂模式,并且多旋臂结构旋转方向会发生改变。 

本影波前有两个方向的运动。1)沿着径向的向外移动,越过本影-半影边界成为通常意义的半影行波;2)另外,红色箭头标注波前沿着本影-半影边界做顺时针运动,在某时突然折回到本影中,随后膨胀,开始下一次的本影振荡。 

左:光球图像;中间二图,色球亮桥本影波前相互靠近;右:本影波干涉。

 

 

 

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