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快速测量太阳风参数方法研究及FY-2C卫星太阳X射线数据反演

孔令高

中国科学院研究生院(空间科学与应用研究中心)

摘要:随着人类航天活动的不断深入,空间环境与人类活动的联系越来越紧密。突发性空间环境极易造成灾害性空间事件,空间环境强烈地受太阳活动的影响和调制。太阳风和太阳耀斑是影响空间环境的两个重要因素。快速变化的太阳风如激波压缩地磁场可以引起磁暴等很多空间环境现象,太阳耀斑可以引起质子事件而威胁到航天器的安全。地球时刻处于太阳风的包围之中,了解太阳风的变化特征对研究空间环境的变化有着重要的意义,太阳风的特征参数包括:速度、温度和数密度。本文研究了国外主流的几种太阳风探测仪的技术原理。太阳风探测仪按传感器的不同主要分为两大类:静电分析仪类和法拉第杯类。静电分析仪类太阳风探测仪的主要传感器是静电分析仪,利用电子倍增器或微通道板计数。通常静电分析仪结合飞行时间系统还可以进行高精度的太阳风成分测量。法拉第杯类太阳风探测仪主要的传感器是法拉第杯。两类探测仪采用不同的传感器,其优缺点也各不相同。这两类太阳风探测仪都是通过测量太阳风粒子的E/Q谱的空间分布来确定太阳风速度、温度和数密度。它们共同的缺点是时间分辨率不够好,最好也在30s左右。高时间分辨率对于探测快速变化太阳风(如激波)是必需的。中俄合作的太阳风快速监测器采用的是完全不同于以前的测量方法,具有很高的时间分辨率(好于1s)。它是通过一组6个法拉第杯的几乎同时的测量来获得太阳风的速度、温度和数密度参数。本文给出了法拉第杯特性的模拟仿真结果和实验结果,以及太阳风快速监测器的快速确定太阳风参数原理。这些为太阳风快速监测器的研制提供了很好的依据。质子事件是影响空间飞行器安全的一个非常重要的因素。质子事件通常是由太阳质子耀斑引起,质子事件对航天器和航天员可能造成致命的影响。FY-2C卫星的空间环境监测器可以通过太阳X射线流量和空间粒子流量的监测对质子事件提出短期警报。要进行长期的警报需要从物理机制上了解质子耀斑和非质子耀斑。温度和发射量是软X射线波段表征耀斑活动区的重要物理量。本文利用FY-2C卫星的太阳X射线探测器的太阳X射线流量来反演耀斑活动区的温度和发射量的变化。具体做法是采用最小二乘拟合法对太阳X射线探测器某几道数据与理论计算值进行最小二乘拟合获得温度和发射量信息。本文给出了太阳X射线探测器详细的定标结果分析和反演前原始数据的处理方法,介绍了几种最小二乘算法及其比较。本文详细给出了耀斑温度、发射量反演的方法、过程和结果。反演的结果能很好的反映耀斑活动区等离子体的变化特征,为更深入的太阳物理研究和长期空间天气预报提供了基础。
  • 专辑:

    理工A(数学物理力学天地生)

  • 专题:

    天文学

  • 分类号:

    P182.9

导师:

王世金;

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