对地CME研究进展与太阳雷达的潜力

日冕物质抛射(CME)是由太阳磁场驱动向行星际空间喷射等离子体物质和磁场的大尺度太阳爆发活动,是灾害性空间天气事件最主要的驱动源之一。朝着地球方向爆发的CME极易到达地球并造成灾害性空间天气,因此研究这类CME对于空间天气预报与太阳物理研究具有极为重要的意义。随着观测技术的发展,CME的观测及预报和研究工作取得了长足的进展。但由于常规观测手段与预报方法的局限,对朝着地球爆发的CME进行准确有效预报的目标至今仍未能实现。首先阐述CME与空间天气的关系,强调对CME预报研究的重要性;然后介绍预报研究中CME/ICME复杂的动力学过程,讨论这些过程对CME预报可能产生的影响;接着,回顾CME的常规观测手段,并讨论观测手段存在的不足;第4章,介绍CME主要的预报方法,同时讨论预报工作中存在的困难;第5章,讨论太阳雷达主动探测技术在日冕探测与CME预报研究中的可能应用前景;最后,总结CME预报研究现状,对预报研究工作中重要的问题进行综述,展望太阳雷达的未来应用。

星冕物质抛射的探测与建模

日冕物质抛射(coronal mass ejection,CME)是从太阳上抛出的大团等离子体云.在其他恒星上,类似的现象被称为星冕物质抛射(简称恒星CME).基于对日冕物质抛射的理解,人们相信,星冕物质抛射可能是恒星-系外行星系统中空间天气最主要的驱动源,因而是恒星影响其行星的一个关键途径,在太阳系外的宜居世界形成过程中占有重要地位.此外,在恒星演化的部分时期,频繁发生的CME还可能对恒星的质量和角动量损失有重要贡献.尽管从不同波段的观测数据中,人们认证出了少数的恒星CME候选体,但迄今尚无学界公认的、确切的恒星CME观测证据.本文总结了在不同波段探测恒星CME的可能方法,介绍了目前已经开展的关于恒星CME探测的有益尝试,以及恒星CME及其与系外行星相互作用的建模进展.在对现有研究不足之处进行分析的基础上,本文还探讨了未来恒星CME探测和建模研究的方向.

晚型恒星极紫外和X射线探测的科学目标与初步方案

寻找地外生命是人类探索宇宙的核心目标之一.为实现这一目标,理解恒星及其周围宜居行星的联系非常关键.近年来,越来越多的学者意识到,空间天气的现象(即类似太阳活动对地球空间环境的影响)在太阳系外的恒星-行星系统中也存在.作为系外空间天气的主要源头,宿主恒星(主要是晚型主序恒星)的星冕及其磁活动所产生的电磁和粒子辐射可改变行星大气成分、导致行星大气逃逸、损害生物组织,进而影响系外行星上生命的起源与存续.然而,当前我们对星冕的了解极其匮乏,这严重制约了相关研究.本文建议尽快对宿主恒星的星冕及其活动规律进行全面、有效的监测.要实现这一目标,亟需建造新一代的极紫外和软X射线望远镜,在大约1–350?的波段(特别是170–285?和90–140?的极紫外波段)对少数邻近太阳系的、不同光谱型的宿主恒星(包括但不限于一部分已知潜在宜居行星的宿主恒星)开展长期、连续的光谱和测光观测.本文阐述了这些观测的详细科学目标,并提出了技术指标需求和初步的探测方案.利用这些观测,有望确切地探测到星冕物质抛射、冕洞和活动区冕环系统等大尺度结构,实现星冕磁场的常规测量,并极大地丰富我们对恒星耀斑和星冕等离子体性质的认识.此外,通过观测系外行星“凌星”期间该波段辐射的变化,还有望获得行星大气、电离层和磁层等关键信息.基于这些观测,将能实质性地推动太阳系外的空间天气研究,并准确评估其在宜居世界形成过程中的作用.

从磁绳的日面足迹揭示日冕物质抛射内部磁通量的演化特征

作为太阳大气中最剧烈的大尺度爆发性磁活动,日冕物质抛射是引发近地灾害性空间天气的首要驱动源.时至今日,在爆发过程中,日冕物质抛射内部轴向磁通量的详细演化特征尚不明确.近期,国内太阳物理学者提出了一种优化的识别方法,成功提取并研究了日冕物质抛射主体磁绳结构在太阳表面的足迹及其完整变化信息,发现爆发磁绳的轴向磁通具有先快速增大,随后逐渐减小的演化特征,且与伴生耀斑的能量释放过程具有很好的时间对应性.这一研究定量地给出了日冕物质抛射爆发过程中内部磁场参量的变化规律,对理解日冕物质抛射的三维爆发过程有着重要的意义.