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太阳振荡
发布时间:2020-11-16     作者:   来源:全国科学技术名词审定委员会   分享到:

太阳振荡

solar ocillation

定义:太阳上气体运动速度周期性起伏的现象。

学科:天文学_太阳

相关名词:日震学 5分钟振荡 p模 g模

来源:全国科学技术名词审定委员会


【延伸阅读】

20世纪60年代初,美国天文学家莱顿(R.G.Leighton)等人首先发现,太阳表面上任一点都存在周期约为5分钟的振荡现象,气体平均速度约为每秒0.5~1千米,基本上是径向振荡,在水平方向大约30000千米范围内振荡大体上是同相位的,并称之为“5分钟振荡”。在相当长的时间内,人们对太阳表面这种速度场的性质未能从物理学上给予解释。20世纪70年代初,乌尔里希(R.K.Ulrich)等人通过理论分析,提出太阳5分钟振荡可能是俘获在太阳光球下面的驻声波,并且预言,若以频率和水平波数作为y轴和x轴,则这些波的频率与水平波数的关系(称为“诊断图”)将是一些近于抛物线的脊。1975年,道依卜内(F.-L.Deubner)首先从观测上获得太阳振荡的功率谱在“诊断图”上的分布,并与根据标准太阳模型得到的结果进行比较,证实了太阳5分钟振荡的驻声波解释。从此太阳振荡的观测和研究迅速发展,成为太阳物理研究中的新分支——日震学,它是探测太阳内部构造的有力工具。

与其他任何物体相似,处在静力平衡态的太阳,若内部受到某种扰动,将会产生恢复体积力,从而导致振荡。在假设振荡为绝热(振荡过程中不考虑辐射损失和吸收等能量交换)、忽略太阳物质的黏滞性以及不考虑太阳自转和磁场等条件下,可从理论上建立太阳振荡的基本方程组,它们包括连续性方程、运动方程、物态方程和泊松方程。再从标准太阳模型出发,在适当边界条件下,求解上述方程组,就能获得各种太阳振荡模式。研究表明,太阳振荡存在两大类振荡模式,即以压力梯度作为恢复力并处在高频区的p模(也称为“声模”)和以浮力作为恢复力并处在低频区的g模(也称为“重力模”)。不同振荡模式用不同的径向量子数n(称为模式的“次”)和角量子数l(称为模式的“阶”)来区别。太阳振荡观测的主要任务是获得尽可能多的振动模式,并证认出这些振荡模式的次和阶,测定它们在“诊断图”上的功率谱和谱线宽度,以便与某种太阳内部构造模型得到的理论结果进行比较,研究太阳内部构造。

在日震学研究中,通常采用直接模拟法和反演法两种方法。直接模拟法从某种太阳构造模型出发,先计算太阳振荡方程组中依赖日心距r的各种系数,然后在适当边界条件下对方程组求数值解。这些解包括径向位移和各种参数(如压力、密度和引力势等)的扰动量,以及振荡的本征频率。由于标准太阳模型中存在许多不确定性,如在物态方程中对理想气体定律的各种修正,太阳氦丰度y和重元素丰度z的不准确,太阳物质不透明度有15%的误差,以及对流理论的不完善等因素,于是可以在这些不确定性中尝试性地选择不同参数,来计算太阳振荡的理论本征频率,再与观测到的振荡频率进行比较,最终确定理论频率与观测频率相符的参数为合理参数,获得关于太阳内部构造的知识。反演法正好相反,它是根据观测结果,反推理论本征频率表示式中被积函数的形式,即某种物理参数随日心距的变化,也就是太阳内部构造。太阳内部自转随深度的变化,就是依靠反演法推测出来的。(中国科学院国家天文台研究员林元章)