太阳色球磁场的快速反演技术研究

Inversion techniques for extracting information on magnetic fields in solar atmospheres are basic and crucial in solar physics research. Due to the complexity in formation processes of solar chromospheric magneto-sensitive lines, the inversion of magnetic fields there becomes a very hard mission. It is well known that all the solar eruptions originate from release of magnetic energy in form of variation of magnetic structures. Solar chromosphere is the passage of the energy transportation from the inner part of the sun where the magnetic field is generated below the photosphere to the corona where the eruptions take place. Therefore, tracing the magnetic structure and its evolution in the solar chromosphere is very important and necessary for us to further deeply understand the detailed causality chain of varieties of solar activities. Based on the inversion method proposed by the applicant and the spectral line formation theory, this project aims at investigating the suitability, practibility and feasibility of the method for practical inversion of the observed Stokes spectra of the solar chromospheric lines, and integrating the software and hardware of the corresponding fast inversion technique after the comparison of the proposed method with the other present techniques. Therefore, the success in executing this project will not only bring the possibility of dealing with enormous amount of data obtained by currently operated telescopes but also promise the success of manipulating the great amount of data to be obtained from our Chinese 1 meter solar tower mounted at Fuxian lake and also from the planned Fiber Arrayed Solar Optic Telescope(FASOT).

太阳大气中矢量磁场的反演技术研究是太阳物理学中最基本和最重要的课题之一。由于色球磁敏谱线形成过程的复杂性使得太阳色球磁场反演成为其中最难的技术之一。由于太阳大气中所有活动均源于磁场位形的变化导致的能量释放，而色球是磁场从太阳大气以下对流层形成后经光球到达能量释放的日冕层的连接通道，它的磁场结构和演化对于我们理解太阳大气中各种变化过程的因果关系是必不可少的。本项目在申请人创立的反演方法基础上，结合谱线形成深度理论，仔细考察该方法对太阳色球斯托克斯光谱反演出磁场等参量的适用性、实用性和快速反演工程技术实现的可行性，再将其结果与其他反演技术比较，研制出快速反演色球矢量磁场的软硬件。因此，本项目的成功实现不仅对目前海量色球磁敏谱线数据的处理将具有重要的科学意义，也对将来我国1米红外太阳塔的大量数据处理和未来光纤阵列太阳光学望远镜的海量数据处理提供了保障。

太阳色球是链接太阳光球和日冕之间的中间地带，是导致太阳活动的磁能和物质从光球到日冕传输的必经之地，对其物理状态进行准确的诊断具有重要的意义。这是因为由于日冕磁场测量的极大困难，色球磁场的信息对于我们理解太阳活动产生的原因和结果影响具有不可替代性，对我们准确外推日冕磁场非常重要。本项目主要基于三种反演方法根据色球谱线（中性镁三线MgI516.7nm, 517.3nm和518.4nm）斯托克斯光谱数据来快速反演色球磁场的精确信息。这三种方法分别为弱场近似、申请人1997年创立的斯托克斯光谱极值法和汉勒效应拟合法。初步拟合结果表明，适当的弱场近似方法能给出色球磁场有用但是近似度不高的信息，但其反演速度极快，可以用于观测时准实时反演和显示，而斯托克斯光谱极值法可以更准确地反演出色球磁场矢量，但由于需要预先确定更多谱线参量（如阻尼系数，多普勒宽度，线源函数，线吸收系数和连续吸收系数之比等）以及反演存在迭代过程，速度则慢4倍以上。故适合于数据事后处理。此外，对色球高层中较弱磁场（小于10高斯）条件下的散射和汉勒效应占主导地位的情形，中性镁线b2和b1比b4线的线偏振光谱更适合于诊断如此弱的磁场方位信息。此外，我们在2013年加蓬日全食时资料处理时发明了一套约化偏振光学开关观测和解调技术，发现高色球和日冕线偏振轮廓样式的多样性，这表明日冕和高色球可能具有复杂的空间结构。我们还对太阳暗条形成和爆发进行了详细的研究。本项目执行过程中发表标注项目基金号（11373065）论文16篇，其中SCI论文13篇。第一标注论文5篇；第二标注6篇，第三标注3篇，第四标注2篇。基本完成本项目制定的科学目标。