973项目专题：“太阳活动24周峰年日地联测及
研究”首次工作会议
观测及联测需求
第一课题组：
国家天文台：颜毅华（组长）、邓元勇、张枚、苏江
涛、谭宝林、谭程明…
云南天文台：刘忠（副组长）、屈中权、刘煜…
2015/4/7
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任务书
• 太阳磁场的起源与演化
• 太阳活动区的起源与演化
• 太阳射电物理研究
• 太阳磁场的延伸研究
主要观测设备（1）
多通道太阳望远镜（怀柔）：
• 35cm 太 阳 磁 场 望 远 镜 ： 光 球 (λ=5324Å) 和 色 球
(λ=4861Å)矢量磁场、视线速度场
• 10cm全日面矢量磁场和视线速度场望远镜 ，附带宽
0.1A的万能双折射滤光器
• 14cm色球望远镜，全日面和局部区色球Hα单色像、色
球纵向磁场
• 8cm CaII λ=3933Å全日面单色像望远镜
• 60cm多通道太阳望远镜主镜
我国独创的，能同时测量太阳不同层次、不同尺度的视频矢量磁场、
速度场、谱线轮廓和Stokes参数轮廓的高灵敏度综合望远镜。
主要观测设备（2）
中国太阳射电宽带动态频谱仪（怀柔）：
高时间-频率分辨率，目前国际上同类设备中有重要影响
的先进设备。包括：
• 1.10-2.06GHz（时间分辨率为5毫秒，频率分辨率为
4MHz，240个通道）
• 2.60-3.80GHz（时间分辨率为8毫秒，频率分辨率为
10MHz，120个通道）
• 5.20-7.60GHz（时间分辨率为5毫秒，频率分辨率为
20MHz，120个通道）
• 2.84GHz的射电流量计，连续运行了3个太阳活动周。
主要观测设备（3）
一米红外太阳塔（云南抚仙湖）：
•光球高分辨率成像（Tio，G band)。已具备常规
观测能力。
•高分辨率色球像（6563)，3个月内具备常规观测
能力。
•多波段光谱仪（6563，8542，10830），约半年
后具备狭缝扫描功能。
•矢量磁场测量，偏振分析器研制中。
主要观测设备（4）
新一代厘米-分米波射电日像仪
低频阵（40面4.5米天线）
频率范围：400-2000MHz
时间分辨率：最好25ms
频率分辨率：64通道，25MHz
空间分辨率：10-51角秒
高频阵（60面2米天线）
频率范围：2-15GHz
时间分辨率：最好25ms
频率分辨率：128通道
空间分辨率：1.4-10角秒
最长基线：3000米
观测时长：>6 小时
圆偏振观测
动态范围： 25dB
主要观测设备
光球：矢量磁场、速度场、单色像
色球：纵向磁场、速度场、单色像（Halpha）
日冕：射电频谱、像
• 光球是(可直接观测的)日地联系的源头
• 磁场是太阳活动的控制因素
磁场测量基本原理
A. We use Zeeman effect to measure the magnetic field on the
solar photosphere.
B. We measure polarized light to derive vector magnetic field:
Circular polarization (Stokes V) for longitude field (Bz) and
linear polarization (Stokes Q and U) for transverse field (Bx
and By).
C. There are two types of vector magnetographs:
1.
Spectrograph: measure the full spectrum of a line; use
inversion code to derive vector B (advantage: accurate)
2.
Filter-magnetograph: measure at a fixed wavelength;
use calibration method based on linear assumption
(advantage: better temporal-resolution)
怀柔磁像仪
•Site: island in Huairou lake
• Seeing: 1 - 2 arcsec
• Since 1986
• 35cm in diameter
• FeI 5324.19Å line
• Lande factor g=1.5
• Stokes V: -0.075Å from line center
• Stokes Q and U: line center
• No optical system change
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
•10cm in diameter
• FeI5324.19Å line
Stokes V
Stokes Q
Stokes U
Research interests
Vector magnetic field
on the photosphere
Extrapolation of coronal
magnetic field
Measure non-potentiality:
Shear angle
Current (Jz)
Twist (z)
Twist (best)
Current helicity (hc)
Current helicity
Imbalance
For example:
•Variation associated with
flares and CMEs
•Flux emergence process
•Helicity produced by solar
dynamo
Derived coronal structures
Derived field lines show consistence with Hα image.
(Wang HN et al., 2001, Solar Physics, 201, 323)
Using Huairou vector magnetogram and a reconstruction method proposed by Yan & Sakurai (1997)
Variation associated with flares and CMEs
EFR
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., 2004, ApJ, 615, 1021)
Helicity produced by dynamo
Twist
(Pevtsov et al., 1995, ApJ, 440, L109)
Current helicity imbalance
(Bao & Zhang H., 1998, ApJ, 496, L43)
Statistically, In the northern hemisphere: z, best, hc, ρh <0
In the southern hemisphere: z, best, hc, ρh >0
磁螺度积累与日冕物质抛射
1、磁螺度在日冕中是积累的；磁螺度的积累自然导
致磁场自由能的储存，提供CME爆发所需能量
--- 定量测量螺度在日冕中的积累过程
• 螺度传输
• 无力场外推
怀柔太阳磁场望远镜 (1986 – 现在)：测量局
部区的光球和色球矢量磁场
全日面光学与磁场监测系统（2006-）：测量
全日面光球矢量磁场
（HMI）
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磁螺度积累与日冕物质抛射
2、当磁螺度的积累超过一定限度时，将不存在无力场平衡态，爆发
成为一种必然
--- 估算与日冕物质抛射有关的量值
以怀柔光球矢量磁场观测的数据作为边条
件，在无力场假设下，外推出日冕磁场，
估算出无力场的磁螺度值和上限值。
太阳射电观测可以帮助我们诊断
外推磁场的可靠性。
(Yan et al., 2001, ApJ, 551, L115)
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（Halpha、STEREO、SDO）
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磁螺度积累与日冕物质抛射
3、表面磁场的分布控制着螺度上限
--- 监控太阳表面磁场的变化，特别是那些容易触发爆发的表面磁
场变化
怀柔太阳磁场望远镜和全日面光
学与磁场监测系统
（HMI）
(Wang JX et al., 2004, ApJ：反符号螺
度浮现触发CME.）
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谢谢！
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