太阳高能粒子事件峰值通量经度向分布研究

 2022-01-17 11:01

论文总字数:21815字

目 录

摘要

Abstract

一、 引言 1

1. 空间天气 1

1.1. 空间天气简述 1

1.2. 空间天气的危害 1

1.3. 研究空间天气的意义 2

2. 太阳爆发活动 2

2.1. 太阳耀斑 2

2.2. 日冕物质抛射 3

3. 太阳高能粒子事件 4

3.1. 太阳高能粒子 4

3.2. 太阳高能粒子事件的危害 5

二、 太阳高能粒子事件的研究现状 6

三、 研究的数据与方法 7

1. 数据来源及预处理 7

2. 研究方法 9

四、 太阳高能粒子事件峰值通量经度向分布特征分析 10

1. 高斯拟合分析 11

2. 二次拟合分析 12

3. 拟合参数的统计规律 13

五、 结论及讨论 17

参考文献

致谢

太阳高能粒子事件峰值通量经度向分布研究

罗华

,China

Abstract: Solar Energetic Particle (SEP) events, as a kind of intensive solar eruption, with the wide spread of high-energy particles in the interplanetary space, can affect the solar-terrestrial space environment, and cause severe disturbance in the near-earth space, such as effecting on the space environment and the space activities. In this paper, we fit the peak flux of the gt; 25 MeV solar energetic particle events by using Gaussian and quadratic method with the data of multi-spacescraft (e.g. STEREO, SOHO), and carry on the statistical analysis on the fitting parameters to get the relationship between the relative longitude and peak intensity, and the statistics pattern of the fitting. It helps us to understand the longitudianl distribution and the transportation of the solar energetic particles in the solar-terrestrial space, and provides the observation issues for the prediction model of the intensity of solar energetic particle events.

Key words:Solar Energetic Particle; peak flux; longitudinal distribution; Gaussian fitting; quadratic fitting

  1. 引言
  2. 空间天气
    1. 空间天气简述

空间天气是一个比较新的概念,它的内容和含义仍在发展中,最普遍的一种解释是:空间天气是指瞬时或者短时间内太阳表面、太阳风、磁层、电离层、和热层的状态[1]。它与行星大气层内的天气截然不同,涉及空间等离子、磁场和辐射等现象。 “空间天气”通常与近地空间磁层紧密相连,但其也研究行星际空间的变化。在我们的太阳系内,空间天气主要受太阳风的风速和密度、以及太阳等离子体带来的行星际场三者的影响。各种各样的物理现象都与空间天气相关,包括地磁风暴和亚暴,在范艾伦辐射带的电流,电离层扰动和闪烁,极光和在地球表面的磁场变化诱导的电流等。

日冕物质抛射及相关激波,也是空间天气的重要动力,因为它们可以压缩磁层和触发地磁风暴。由太阳耀斑加速的高能粒子,也是对空间天气的重要驱动力,因为它们可以破坏航天器电子设备,并威胁到宇航员的生命。空间天气对空间探索和发展这些领域产生深远的影响。地磁的变化可引起大气密度的变化导致低地球轨道航天器的高度迅速降低。由于太阳活动引起的地磁风暴能够致盲航天器上的传感器并干扰机载电子设备。对于人造航天器的防护系统的设计来说了解空间环境至关重要。

相对于地面天气而言,空间天气发生在距离地面30公里以上。空间天气涉及的物理参数与大气天气有很大不同。太阳每时每刻往外喷射着高速带电粒子流,人们称之为“太阳风”,当太阳风十分强劲时,即产生名副其实的“太阳风暴”。当太阳风暴袭击地球时,便使地球磁场产生激烈的扰动——磁暴。磁暴会在人类的供电网中诱发强大的冲击电流,从而造成输电网络瘫痪,磁暴同样会增加高空飞行情况下飞机乘务员的辐射量。其实,我们能够看到,感受到的阴晴冷暖,都是发生在对流层之内。而在此之外的空间天气,存在于地球与太阳之间,同样发生着剧烈的活动,并且与人类的生存,发展息息相关。

    1. 空间天气的危害

空间天气对人类生活造成的威胁与危害是多方面的。1989年历史上著名的“魁北克事件”就是典型。该年是第22太阳活动周的黑子数高峰年,仅在3月,太阳风暴就先后产生了107次太阳X射线耀斑,以及数十次强度不等的日冕物质抛射。“魁北克事件”广为人知的影响是造成多起电力系统故障。大磁暴造成加拿大魁北克省的大部分地区停电达9小时以上,600万居民受到影响。大磁暴造成了多起通信故障或中断。强烈太阳耀斑引起过39次强烈短波通讯突然骚扰,其中15次通讯部分中断,24次全部中断。大磁暴还引起了多起航天器运行故障。累计有46例卫星异常的记录。例如,美国国家气象卫星一度中断向用户发送云图,某系列导航卫星几天不能正常工作,军事系统跟踪的几千个空中目标需要重新定位。据不完全统计,类似“魁北克事件”的灾害性空间天气事件每个太阳活动周平均会出现几起至十几起。如在第23太阳活动周的“万圣节事件”(因正值西方的万圣节而得名),造成全球短波通讯中断,民航通讯出现故障,伊拉克战场美英联军通讯受到影响,NASA的火星探测卫星Odyssey飞船上的观测设备被粒子辐射彻底毁坏,我国北京、满洲里无线电观测点短波信号也曾因此一度中断。

随着现代军事高技术的发展,基于太空平台的武器系统和信息系统在军事中的应用越来越广泛。随之而来的是,空间天气对军事活动的影响范围不断扩大,影响程度也不断加深。

对航天安全产生影响:宇宙间高能带电粒子不断轰击航天器表面,可造成航天器辐射损伤,更高能的粒子可穿过电子器件,在电子信号串中改变数据位,导致仪器发出混乱指令或提供错误数据;另据估算,如果飞船在深空飞行或在磁层外进行舱外活动时,大约有十分之一的宇航员会受到致命剂量的高能带电粒子辐射。

对军用通信、预警、导航定位产生影响:当空间灾害性天气发生时,短波无线电通信和预警雷达的可用频带会因电离层突然骚扰而变窄,卫星微波通信也会因电离层闪烁而降低通信质量,甚至信号中断;GPS卫星导航、定位误差会因电离层暴而增至几十米至几百米[2]

    1. 研究空间天气的意义

随着科学技术的迅速发展, 日地空间已成为人类生存的重要活动场所。卫星、通信、导航、广播、电视等与人类生活息息相关, 人们也由气象、资源、海洋、测量等卫星应用而获益。另一方面, 当太阳活动将巨大能量和物质抛向地球时, 会引起地球空间环境发生灾害性变化, 导致卫星陨落、飞行物的跟踪识别发生困难、低纬地区无线电通信中断、轮船和飞机的导航系统失灵、核电站变压器被烧毁、电网故障造成大范围停电等严重事故。正是由于人类社会面临发展高科技以及国家安全的巨大需求, 空间天气研究正迅速成为国际科技活动的热点之一[3]

  1. 太阳爆发活动

太阳活动通常指的是太阳上局部区域内的、随时间变化较快的活动体,是太阳大气层里一切活动现象的总称,主要有太阳黑子、光斑、谱斑、耀斑、日珥和日冕物质抛射事件等。太阳上时常爆发的各种剧烈活动(如耀斑,日冕物质抛射等)会把大量携带着高能粒子和冻结磁场的物质向行星际空间抛射,这其中有一部分会传播至地球附近,从而导致地球空间环境的改变。

    1. 太阳耀斑

太阳耀斑(flare)是发生在太阳大气局部区域的一种最剧烈的爆发现象。它能在短时间内释放大量能量,引起局部区域瞬时加热,向外发射各种电磁辐射,并伴随粒子辐射突然增强。由于太阳光球的背景辐射太强,大多数耀斑不能在白光中观测到,辐射增强主要是在某些谱线上,其中以氢的Hα线(波长6563埃,颜色为橙红色)和电离钙的H、K线(波长分别为3968埃和3934埃)最为突出。当用这些单色光监视太阳色球层时,有时会在活动区附近的谱斑中看到局部小区域的突然增亮。增亮区由原有的谱斑亮度在几分钟内迅速增亮几倍甚至几十倍,然后在几十分钟至1~2小时内缓慢恢复至原有的谱斑亮度。多种手段的综合观测表明,耀斑发生时,从波长短于1埃的γ射线和X射线,直到波长达几公里的射电波段,几乎全波段的电磁辐射都有增强的现象,并发射能量从103电子伏特直到109电子伏特的各种粒子流[3]。其中,电磁辐射增强主要发生在短波辐射(X射线和紫外光)和射电波段。因此,耀斑更准确的定义应包括所有上述一系列的突变现象,而Hα辐射的增强只是耀斑发生的一种次级标志。根据观测手段的不同,主要分为光学耀斑、X射线耀斑等。通常,可见光范围内的单色光观测的耀斑习惯地称为光学耀斑,X射线波段观测的耀斑称为X射线耀斑,与质子事件相对应的耀斑则称为质子耀斑,另外还有一种白光耀斑,它是太阳耀斑中极为罕见的一种,由于能在白光范围内观测到而得名。

剩余内容已隐藏,请支付后下载全文,论文总字数:21815字

相关图片展示:

您需要先支付 80元 才能查看全部内容!立即支付

该课题毕业论文、开题报告、外文翻译、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找;