面向ASO-S/HXI的调制成像质量评估与耀斑能量释放过程研究

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先进天基太阳天文台(ASO-S卫星)是即将发射的中国第一颗综合性太阳专用观测卫星。本文围绕ASO-S卫星三大科学目标之一——耀斑,对其能量释放过程进行了深入研究,并首次给出了耀斑中非热电子低能截止的成像证据;结合ASO-S卫星的载荷之一——硬X射线成像仪(HXI)的技术特点,探讨和分析高能成像质量评估的重要性,给出了成像质量评估的重要参考指标。耀斑与微耀斑的异同点一直以来都是耀斑研究领域的开放性问题之一,虽然已存在大量的研究,但微耀斑的能量释放过程以及加速电子在其中的作用仍未被完全理解。近期研究发现A级耀斑中存在非热电子的显著证据,意味着微耀斑中可能存在与大耀斑中同样重要的加速电子。本文对该A级耀斑中的能量释放和等离子体加热过程进行了详细、量化的分析。本文利用最新改进后的稀疏反演DEM算法由AIA数据计算了该微耀斑的热轫致辐射谱,从NuSTAR卫星对该事件观测的能谱中扣除,得到剩余非热成分的确切证据,巩固了微耀斑中存在非热电子的结论,进一步揭示了该微耀斑中多温等离子体的物理内涵,并详细研究了微耀斑中的能量分配,包括其中的色球蒸发过程并估算了蒸发物质的动能,非热能量超出了峰值热能一个数量级。此外,本文根据千万度等离子体的演化规律提出了该微耀斑能量释放过程的模型,即能量为低能截止Ec的电子在碰撞加热和电子热化过程中具有重要作用。微耀斑环中两个最高温度源的出现位置、密度的演化、低能量电子的沉积位置和能谱拟合所得电子低能截止,共同构成了首次在图像上认证低能截止的自洽证据。本工作揭示了非热电子的热化和低能截止在微耀斑中的重要物理内涵和作用。本文的另一方面研究面向X射线成像,HXI是利用空间调制傅里叶变换对X射线源进行成像的高能成像仪,对理解太阳爆发X射线暴和能量释放与传输机制具有重要意义。其成像质量的评估直接关系到成像系统的方案设计、成像算法的改进和测试,也直接影响到科学研究。目前国内外尚无有效的方法去评估X射线调制成像的质量,本文旨在设计和建立合适的方案来评估X射线成像质量。本文结合X射线源成像特点设计了百分比接近度的新指标,通过对多种成像质量评估指标的筛选和六个方面的系统测试,将符合要求的指标利用逼近理想解排序法,构造了评估X射线图像重构质量的指数(称为QuIX)。针对新指标和总体评估方案都设计了可操作的程序。在对由观测所得软X射线源进行不同成像算法和不同成像视场的测试中发现,评估方案对于测试评估成像算法和选定合适的成像视场也具有指导意义。
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