太阳模型与恒星磁活动

The Sun is the most important target for human to learn stars. Nowadays, space telescopes (Corot and Kepler) have provided quality light curves for stars, from which we can 'see' stellar acticities unprecedented clearly, and just in the past 3 years, dozens of solar-like stars have been verified performing magnetic activities. These new achievements in observation will no doubt promotes the further development of the theories in this field. The standard reference of the study of stellar activity is a solar model, which describes the soalr cyclic variations and this is the aim of the current project. The plan of the study includes a cyclic solar model, which is constrained by the records of solar magnetic fields, TSI, the features of active region and recent results about solar interiors given by helioseismology, and one or two simple indexes that describs the active level of the Sun as references for future study of other stars.

太阳和太阳模型是人类研究其他恒星的重要基础和参考依据。近年来随着实测技术的进步，对恒星磁活动的的证认已经到达了全新的高度。实测的进步意味着恒星磁活动的理论研究也将进入新的阶段，而作为基础，一种可以简洁宏观地描述太阳周期性变化的太阳模型是非常必要的。本课题拟根据太阳磁场、TSI、活动区等实测数据，结合日震学探测到的太阳内部结构伴随磁活动的变化，在现有太阳模型的基础上，改进得到一种可以描述太阳周期性磁活动、日面亮度变化和震动频率变化的一维太阳模型。并结合这一模型和观测数据，总结太阳磁活动水平与亮度变化、日震频率变化的关系，给出一种可以简洁宏观描述磁活动水平的指标参数，为恒星磁活动的研究提供参考标准和研究基础。

近年来空间望远镜的高精度测光数据以及地面望远镜的光谱巡天为太阳和类太阳恒星的磁活动的研究提供了丰富的数据。一方面，高精度测光数据（Kepler）提供数万颗恒星表面黑子对总亮度的影响，同时地面望远镜（LAMOST，APOGEE）也为Kepler的目标星的光谱数据，从中可以提取了恒星磁活动的直接观测指标。另一方面，Kepler的测光数据提供了约两万颗恒星的星震学信息，星震学可以进一步对恒星的物理参数和内部结构，尤其是对流区的厚度，物理结构给出准确的限制，这对我们理解恒星磁活动的物理机制提供重要的支持。项目的主要研究内容基于日震学和星震学数据给出太阳和具有磁活动的类太阳恒星以及红巨星的恒星参数和内部结构信息，第二方面的内容是从Kepler和LAMOST的数据中提取磁场活动的物理参数。. 重要成果：我们利用一维的太阳模型和太阳发电机磁场模型，重现了日震学发现的第23活动周中太阳对流区底部声速变化的轮廓，这一结果说明日震学可以太阳发电机模型给出的磁场结构及其在活动周中演化给出观测限制。通过对Kepler红巨星的星震学研究，发现红巨星理论模型的对流区的混合长参数比太阳高10% - 20%，这一结果说明过去基于太阳混合长参数得到红巨星的对流区的物理结构存在偏差，红巨星的对流区的能量传递的相对效率要高于类太阳恒星。我们提取了样本中矮星和红巨星的磁活动信息，并通过星震学模型得到了其对流区内部的罗斯比数（R0）。结果说明红巨星与矮星一样，其磁活动强度与对流区内部罗斯比数相关，而且越接近表面的罗斯比数与磁活动指标的相关性越高。这一结果一方面说明了红巨星与类太阳恒星在磁活动的物理机制是类似的。我们同样对比了红巨星和矮星的磁活动强度，发现这些巨星的磁活动指标接近甚至高于G和F型的矮星，这一结果说明了少数转动速度较快（转动周期<100天）的红巨星同样具有较强的磁活动现象，且由于其物理参数和内部结构变化跨度更大，可能为磁活动研究提供更加丰富多样的样本。