天体物理中自组织临界现象的观测和模拟

自组织临界(Self-Organized Ciriticality,SOC)理论描述了一个非线性动力学系统或复杂系统在不依赖于外部参数调节的情况下,由能量驱动并通过自组织过程演化到某个临界点,随之产生无标度的、分形耗散的且满足幂律分布的能量释放现象.自其诞生之日起,SOC理论就被广泛地应用于解释诸多非线性动力学系统的幂律频数分布.本文概述了SOC系统能量释放的物理过程,总结了SOC在天体物理中的观测和模拟研究,讨论了SOC和MHD湍流在天体爆发活动中的作用,提出了SOC对空间天气预报可能的应用价值以及该领域中有待解决的一些重要问题.

熟悉又陌生的行星:从太阳系内到太阳系外

过去几千年人类对行星认识的范围仅仅局限在太阳系内,而数目也仅仅不到十颗。从上世纪末到现在短短的二十来年,人类已经发现了成千上万颗太阳系外行星。古老的行星科学向人们展现了它新的面孔,把人们从太阳系内带到了太阳系外。文章首先简要回顾了人类探索行星的历史,然后介绍太阳系外行星领域的一些重要进展及热门的研究话题,最后谈及对该领域未来的展望和期待。

太阳第23活动周爆发现象的自组织临界特征

通过对太阳第23活动周爆发现象的统计分析,研究了耀斑和日冕物质抛射(CME)的频数分布.数据涵盖了1996年1月到2008年12月GOES卫星观测到的23728个软X射线耀斑,以及SOHO/LASCO观测到的14017个CME.得到了耀斑的峰值流量、持续时间、等待时间的频数分布,以及CME的动能和等待时间的频数分布,发现这些参量的频数分布都符合自组织临界(Self-Organized Criticality,SOC)过程的预期.其中峰值流量、持续时间、能量的幂律分布可以用一个基于分形耗散的SOC模型来解释,而等待时间分布则可以用一个非稳态的泊松过程来解释.

太阳Ⅲ型射电暴等离子体辐射的粒子模拟研究

太阳Ⅲ型射电暴由相对论性电子束流沿着开放磁场从日冕向行星际传播所产生.本文利用2.5D相对论性电磁粒子模拟程序,研究了电子束流在非均匀等离子体中的传播,分析了在不同电子束流入射角的情况下,由束流-等离子体不稳定性所产生的等离子体辐射.模拟结果表明,电子束流入射角、等离子体密度梯度以及束流-等离子体相互作用过程中的密度扰动显著影响了静电波和电磁波的时空演化.我们得到了与观测一致的朗缪尔波波包结构,发现了密度扰动在静电波向电磁波的转换过程中起关键作用,并首次模拟出高达五次谐频的电磁辐射,其动态频谱表现出频漂特征和精细结构.这些模拟结果有助于理解太阳射电辐射的产生机制.