太阳磁场演化中的局地发电机过程

Solar magnetic field determines the characteristics of solar radiation and activity, thus, occupies an important position in solar physics. Is there a local dynamo process in solar magnetism? This opens a highly proping issue in solar physics. The observations and numerical simulations of Sun’s small-scale magnetic field indicate that the locally small-scale dynamo serves as the origin of solar intra-network magnetic field. However, in a rapidly evolving solar active region, the issue on whether or not there is a local dynamo has almost not been considered. Moreover, in the mean-field solar dynamo theory, the magnetic diffusion, which is a very key ingredient, would certainly be tied to the local field evolution. Diagnosis and characterizing of local dynamo process might provide a key in understanding the complex evolution of solar magnetic field. This project aims at identifying the possible evidence of local dynamos, including: (1) Identifying the local dynamo process in complex and highly active solar active regions; (2) Diagnosing the property and nature of magnetic diffusion; (3) statistically studying the solar cyclic behavior of solar intra-network and network magnetic elements on the quiet Sun and polar region with the purpose to learn the possible effects of local dynamo on solar activity cycle. It is planning to carry out observational studies, supplemented by theoretical analysis and argument, and to prepare for the future numerical experiences.

太阳磁场决定着太阳辐射和太阳活动特征，在太阳物理研究中占有重要的地位。在太阳磁场的演化中是否存在局地的发电机过程，是一个探索性的课题。太阳小尺度磁场的观测和数值模拟研究，建议局地小尺度发电机可能是太阳网络内磁场的来源。然而，在复杂的太阳活动区中是否存在局地发电机过程，是至今几乎未被考虑的问题。此外，在太阳平均场发电机理论中占有重要地位的磁扩散，也与局地磁场演化相联系。诊断和认知局地发电机过程，有可能成为理解太阳磁场复杂演化的钥匙。本项目拟从观测上寻找局地发电机存在的证据，包括：（1）在复杂的高度活动性的太阳活动区内证认局地发电机过程，（2）在局地磁通量演化中诊断磁扩散的性质和机理，（3）统计研究在太阳宁静区和极区网络内和网络磁元的太阳周行为，认知局地发动机对太阳活动周是否有影响。拟在观测研究的基础上，辅以理论分析和论证，并为未来的数值实验做准备。

太阳磁场演化中的局地发电机过程是一个探索性的课题。1) 基于高时空分辨率的空间观测，我们以第24太阳活动周为例，对太阳磁场的各类分量（包括太阳活动区的黑子/黑点，太阳增强网络、宁静网络和无所不在的网络内磁场，以及依然在探测能力之外的Hidden磁通量）做了一个详细的统计研究，目的是要得到局地发电机过程可能贡献多少太阳总磁通量。在我们前一基金项目的研究基础上，我们进一步证实网络内磁场与太阳黑子变化反位相，可能是局地发电机的产物，贡献了超过太阳活动区对太阳总磁通量的贡献；本项研究对宁静网络磁场的属性和来源尚得不出严格结论，尽管它们呈现局地和总体发电机相互作用的某些特征。2）太阳极区磁场被认为是太阳普遍发电机过程的极向磁场分量，是产生太阳环向磁场的种子磁场。然而我们基于空间观测在太阳南北两极证认了大量的小尺度双极新浮磁通量区，同时发现它们的磁轴分布显著区别于黑子活动区，具有局地产生的瞬现活动区的特征，在太阳过渡区和低日冕表现为局部增亮，证实即使在太阳极区也有局地发电机过程。3）基于磁通量转移的发电机过程对太阳活动水平预报的理论和数值模拟研究发现，纬度和磁通量分布特异的少数大活动区对普遍发电机过程有决定性的影响，在太阳活动周预报中值得特别注意，可能暗示局地发电机对太阳活动区磁场演化有不可忽略的作用。4）然而，本项研究对活动区内局地发电机过程是否存在和影响如何的工作尚未完成。我们已筛选了近20年以来的较为特殊的活动区视向和向量磁场的数据并作了初步分析。但研究工作尚未发表，期待在未来1-2年取得决定性研究成果。