日冕磁场重建方法在研究太阳爆发活动中的应用

太阳是与地球关系最为密切的天体.发生在日面上的剧烈爆发性活动可能对人类的生存环境产生巨大影响甚至是灾难性后果.包含太阳耀斑、暗条爆发和日冕物质抛射在内的太阳爆发活动是同一物理过程的不同表现形式,其能量来源于爆发前储存在日冕中的磁场自由能.因此,了解日冕磁场的3维结构是理解太阳爆发的触发机制以及活动区的稳定性等现象的前提.由于观测技术限制,目前尚无法对日冕磁场进行常规观测,因此发展了多种利用可常规观测的光球磁场来重建日冕磁场的方法.主要评述近10 yr来各种日冕磁场重建方法在研究太阳爆发活动中的应用.

太阳双带耀斑中的剪切磁场

太阳耀斑、暗条爆发以及日冕物质抛射（CME）对我们生存的空间环境有着重大影响．这些爆发所释放的能量储存在剪切的或扭曲的非势性磁场中．本论文对与太阳爆发有关的剪切磁场位型及其在爆发中的重要作用进行了深入系统的研究．这对理解和预言空间灾害性天气起着至关重要的作用．本论文的研究方法包括多波段观测（从个例的深入研究到大样本的统计分析）和数值模拟．

利用双视角消除太阳矢量磁场观测中的180°不确定性

随着“环日轨道器”(Solar Orbiter,SO)的在轨运行,太阳磁场观测进入了双视角遥测的时代.对利用太阳磁场的双视角观测改正矢量磁图中存在的横场(垂直于视线方向的磁场分量)180°不确定性进行了模拟,首先模拟了对解析解得到磁图的双视角观测,然后利用“日震学和磁学成像仪”(Helioseismic and Magnetic Imager,HMI)在不同时间观测到的一个老化黑子的磁图模拟了双视角观测.发现要改正一个磁图中横场方向的180°不确定性,在观测上只需要另外一个平行于视线方向的磁场即纵向磁场观测的协助.利用HMI的磁场观测模拟,估算显示30°的张角能够改正50 Gs磁场中的180°不确定性.更大的张角虽然更有利于更弱磁场的改正,但是考虑到投影效应的不利影响,30°左右的张角应该是未来空间设备进行多视角观测太阳磁场的最佳张角.

Obtaining space-based SDO/AIA solar UV and EUV images from ground-based Hαobservations by deep learning

In this work,we explore the mappings from solar images taken in Hα(6563 A)by the Global Oscillation Network Group(GONG)on the ground to those observed in eight different wavelengths(94,131,171,193,211,304,335 and 1600 A)by SDO/AIA in space.Eight mappings are built by training the conditional Generative Adversarial Networks(cGANs)on datasets with 500 paired images,which are[Hα,AIA94],[Hα,AIA131],[Hα,AIA171],[Hα,AIA193],[Hα,AIA211],[Hα,AIA304],[Hα,AIA335]and[Hα,AIA1600].We evaluate the eight trained cGANs models on validation and test datasets with 154-pair images and 327-pair images,respectively.The model generated fake AIA images match the corresponding observed AIA images well on large-scale structures such as large active regions and prominences.But the small-scale flare loops and filament threads are difficult to reconstruct.Four quantitative comparisons are carried out on the validation and test datasets to score the mappings.We find that the model-generated images in 304 and 1600 A match the corresponding observed images best.This exploration suggests that the cGANs are promising methods for mappings between ground-based Ha and space-based EUV/UV images,while some improvements are necessary.

“夸父一号”——续写千年逐日神话

科学家寄语《中学科技》读者。愿每位青少年学习夸父精神,胸怀大志,努力学习,顽强拼搏,勇敢逐梦。在学习之余,博览群书,修身养性;或去户外拥抱大自然,强身健体。长大后,用你们智慧的大脑、顽强的意志、强健的体魄,勇敢攀登科学技术的高峰。这是一颗喷吐着火焰、闪烁着光芒的星球它在宇宙之中,只是万千繁星中十分平凡的一颗。