太陽磁場(chǎng)測(cè)量及其原理

1、觀測(cè)及聯(lián)測(cè)需求,第一課題組： 國(guó)家天文臺(tái)：顏毅華（組長(zhǎng)）、鄧元勇、張枚、蘇江濤、譚寶林、譚程明 云南天文臺(tái)：劉忠（副組長(zhǎng)）、屈中權(quán)、劉煜,.,任務(wù)書,太陽磁場(chǎng)的起源與演化 太陽活動(dòng)區(qū)的起源與演化 太陽射電物理研究 太陽磁場(chǎng)的延伸研究,主要觀測(cè)設(shè)備（1）,中國(guó)太陽射電寬帶動(dòng)態(tài)頻譜儀（懷柔）： 高時(shí)間-頻率分辨率，目前國(guó)際上同類設(shè)備中有重要影響的先進(jìn)設(shè)備。包括： 1.10-2.06GHz（時(shí)間分辨率為5毫秒，頻率分辨率為4MHz，240個(gè)通道） 2.60-3.80GHz（時(shí)間分辨率為8毫秒，頻率分辨率為10MHz，120個(gè)通道） 5.20-7.60GHz（時(shí)間分辨率為5毫秒，頻率分辨率為20MHz

2、，120個(gè)通道） 2.84GHz的射電流量計(jì)，連續(xù)運(yùn)行了3個(gè)太陽活動(dòng)周。,主要觀測(cè)設(shè)備（2）,多通道太陽望遠(yuǎn)鏡（懷柔）： 35cm太陽磁場(chǎng)望遠(yuǎn)鏡：光球(=5324)和色球(=4861)矢量磁場(chǎng)、視線速度場(chǎng) 10cm全日面矢量磁場(chǎng)和視線速度場(chǎng)望遠(yuǎn)鏡，附帶寬0.1A的萬能雙折射濾光器 14cm色球望遠(yuǎn)鏡，全日面和局部區(qū)色球H單色像、色球縱向磁場(chǎng) 8cm CaII =3933全日面單色像望遠(yuǎn)鏡 60cm多通道太陽望遠(yuǎn)鏡主鏡 我國(guó)獨(dú)創(chuàng)的，能同時(shí)測(cè)量太陽不同層次、不同尺度的視頻矢量磁場(chǎng)、速度場(chǎng)、譜線輪廓和Stokes參數(shù)輪廓的高靈敏度綜合望遠(yuǎn)鏡。,.,主要觀測(cè)設(shè)備（3）,一米紅外太陽塔（云南撫仙湖）：

3、光球高分辨率成像（Tio，G band)。已具備常規(guī)觀測(cè)能力。 高分辨率色球像（6563)，3個(gè)月內(nèi)具備常規(guī)觀測(cè)能力。 多波段光譜儀（6563，8542，10830），約半年后具備狹縫掃描功能。 矢量磁場(chǎng)測(cè)量，偏振分析器研制中。,.,主要觀測(cè)設(shè)備（4）新一代厘米-分米波射電日像儀,低頻陣（40面4.5米天線） 頻率范圍：400-2000MHz 時(shí)間分辨率：最好25ms 頻率分辨率：64通道，25MHz 空間分辨率：10-51角秒,高頻陣（60面2米天線） 頻率范圍：2-15GHz 時(shí)間分辨率：最好25ms 頻率分辨率：128通道 空間分辨率：1.4-10角秒,最長(zhǎng)基線：3000米 觀測(cè)時(shí)長(zhǎng)：6

4、 小時(shí) 圓偏振觀測(cè) 動(dòng)態(tài)范圍：25dB,.,主要觀測(cè)設(shè)備,光球：矢量磁場(chǎng)、速度場(chǎng)、單色像 色球：縱向磁場(chǎng)、速度場(chǎng)、單色像（Halpha） 日冕：射電頻譜、像,光球是(可直接觀測(cè)的)日地聯(lián)系的源頭 磁場(chǎng)是太陽活動(dòng)的控制因素,.,磁場(chǎng)測(cè)量基本原理,We use Zeeman effect to measure the magnetic field on the solar photosphere. We measure polarized light to derive vector magnetic field: Circular polarization (Stokes V) for long

5、itude field (Bz) and linear polarization (Stokes Q and U) for transverse field (Bx and By). There are two types of vector magnetographs: Spectrograph: measure the full spectrum of a line; use inversion code to derive vector B (advantage: accurate) Filter-magnetograph: measure at a fixed wavelength;

6、use calibration method based on linear assumption (advantage: better temporal-resolution),.,懷柔磁像儀,Site: island in Huairou lake Seeing: 1 - 2 arcsec Since 1986,35cm in diameter FeI 5324.19 line Lande factor g=1.5 Stokes V: -0.075 from line center Stokes Q and U: line center No optical system change,.

7、,Typical observation and physical quantities studied,Shear angle Current (Jz) Twist (z) Twist (best) Current helicity (hc) Current helicity imbalance,All these quantities indicate the non-potentiality (helicity) of the measured field.,.,A new solar full disk vector magnetograph at Huairou,Stokes V,S

8、tokes Q,Stokes U,10cm in diameter FeI5324.19 line,.,Research interests,Measure non-potentiality: Shear angle Current (Jz) Twist (z) Twist (best) Current helicity (hc) Current helicity Imbalance,Vector magnetic field on the photosphere,Extrapolation of coronal magnetic field,For example: Variation as

9、sociated with flares and CMEs Flux emergence process Helicity produced by solar dynamo,.,Derived coronal structures,Derived field lines show consistence with H image. (Wang HN et al., 2001, Solar Physics, 201, 323),Using Huairou vector magnetogram and a reconstruction method proposed by Yan & Sakura

10、i (1997),.,Variation associated with flares and CMEs,A case where a new flux system of negative helicity emerges into an active region (NOAA 8210) with positive overall helicity (best=0.010 arcsec-1) suggests that the emergence of opposite helicity might be the trigger of the CME. (Wang JX et al., 2

11、004, ApJ, 615, 1021),EFR,.,Helicity produced by dynamo,(Bao & Zhang H., 1998, ApJ, 496, L43),Current helicity imbalance,Twist,(Pevtsov et al., 1995, ApJ, 440, L109),Statistically, In the northern hemisphere: z, best, hc, h 0,磁螺度積累與日冕物質(zhì)拋射,1、磁螺度在日冕中是積累的；磁螺度的積累自然導(dǎo)致磁場(chǎng)自由能的儲(chǔ)存，提供CME爆發(fā)所需能量 - 定量測(cè)量螺度在日冕中的積累過程,懷柔太陽磁場(chǎng)望遠(yuǎn)鏡 (1986 現(xiàn)在)：測(cè)量局部區(qū)的光球和色球矢量磁場(chǎng) 全日面光學(xué)與磁場(chǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（2006-）：測(cè)量全日面光球矢量磁場(chǎng) （HMI）,螺度傳輸 無力場(chǎng)外推,磁螺度積累與日冕物質(zhì)拋射,2、當(dāng)磁螺度的積累超過一定限度時(shí)，將不存在無力場(chǎng)平衡態(tài)，爆發(fā)成為一種必然 - 估算與日冕物質(zhì)拋射有關(guān)的量值,太陽射電觀測(cè)可以幫助我們?cè)\斷外推磁場(chǎng)的可靠性。 （Halpha、STEREO、SDO）,以懷柔光球矢量磁場(chǎng)觀測(cè)的數(shù)據(jù)作為邊條件，在無力場(chǎng)假設(shè)下，外推出日冕磁場(chǎng)，估算出無