| 题名 | 大尺度耀斑电流片湍流特征的数值模拟 |
| 作者 | 张怡宁 |
| 答辩日期 | 2022-07-01 |
| 文献子类 | 硕士 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 林隽 |
| 关键词 | 磁重联 磁流体力学 太阳耀斑 湍流 终止激波 |
| 其他题名 | Investigations of the large-scale turbulent properties of the flare current sheet |
| 学位专业 | 天体物理 |
| 英文摘要 | 太阳爆发耀斑是太阳系中最为剧烈的爆发事件之一，其伴随的日冕物质抛射（CME）携带巨大的物质能量会严重影响日球空间环境，包括威胁近地空间人类日新月异的技术系统。磁重联在太阳耀斑的爆发中起到了不容忽视的作用，它将磁场储存的磁能转化为等离子体热能和高能粒子的动能释放，最终对行星际空间产生巨大影响。而CME-耀斑电流片则是发生磁重联的主要场所，由于大尺度电流片随着CME的上升被拉伸，在电流片中可以发生多种等离子体不稳定性，其中撕裂模不稳定性在加速磁重联过程和能量耗散起到了关键作用。由于当今观测分辨率的限制，我们很难直接通过观测手段研究电流片内的精细结构，而磁流体力学（MHD）数值模拟是一种很好的研究手段。在这个工作中，我们使用开源的MHD数值模拟代码ATHENA进行对双带耀斑的二维模拟，考虑到在太阳大气的真实物理情境我们设置磁雷诺数$S=10^6$并加入了重力分层的大气条件。我们的模拟结果表明，撕裂模不稳定性在电流片中的出现有力加速了磁重联过程。我们的模拟结果与\citet{shen2011}不考虑重力的情况不同，在重力的影响下，随着物质的持续注入，高于主X点向上运动的磁岛动能完全转化为重力势能，而身后的重联外流再不能推动其向上运动后转而向下运动，并带动下方的主X点下落与耀斑环碰撞形成新的耀斑环系统，上方一个普通X点几乎同时升格为新的主X点，这也导致了主X点高度的大幅度下降与之后的突然升高。通过对电流片内磁能能谱的分析发现，耗散发生的Kolmogorov尺度$l_{ko}$约为$100-200$~km，并且对应的电流片整体宽度约为$1500-2500$~km，并且我的结果证明它们间遵循Taylor尺度的$l_T=l_{ko}S^{1/6}$关系。在耀斑环顶的湍动区域出现了终止激波，它对加热耀斑环系统有重要的贡献。终止激波将很大数目的磁能转化为热能和动能，我们通过计算发现热能的转化率高于动能。另外我们首次发现终止激波对湍流程度有一定的放大作用，而放大因子则与当地终止激波位形有关。一般来说，越不对称越不规则的终止激波对湍动程度的放大效果越明显。 |
| 语种 | 中文 |
| 学科主题 | 天文学 |
| 页码 | 0 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.ynao.ac.cn/handle/114a53/25762]  |
| 专题 | 云南天文台_太阳物理研究组 |
| 作者单位 | 中国科学院云南天文台 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 张怡宁. 大尺度耀斑电流片湍流特征的数值模拟[D]. 北京. 中国科学院大学. 2022. |
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