1、    太阳磁活动及爆发的观测研究

太阳大气层内的磁活动一般由光球层中的等离子体流所决定，而等离子体流的结构和演化特征则由光球层中的压力标高和光子平均自由程所控制。两个尺度的大小都在 70km（在日心处的角尺度为0.1”）左右。因此，尺度在0.1”左右的结构周围的流场和磁场是我们关注的重点之一。这些小尺度结构的运动和相互作用直接影响太阳大气中能量的转化和传输，太阳爆发现象的直接能量来源。

太阳冕洞，它是日冕中温度和密度相对较低的单极开放磁场区域，与太阳风加速和日冕爆发事件有紧密联系，在太阳物理的研究中占据重要位置。冕洞磁场与CME磁场的相互作用会导致CME改变传播方向。这在研究和预报太阳爆发对地磁环境和空间天气的影响方面是一个重要的因素。

磁重联是等离子体环境中磁场能量和等离子体物质动能、热能相互转化的重要过程。利用射电和光谱资料，研究电流片在不同环境（光球、色球、和日冕）当中的宏观演化规律，内部小尺度和微观结构（包括不稳定性和湍流）特征，宏观结构和微观结构之间的联系，以及这些规律、特征和联系对包括爆发过程在内的能量转换和释放的影响和制约。

2、    日冕磁场测量

日冕磁场的直接测量是一项具有重要意义的科学项目。太阳物理中的日冕磁场问题类似于宇宙学中的暗物质（暗能量）问题，它们在中低层日冕中广泛存在和主导着各种演化现象，却长期以来无法直接测量到它们，这是太阳物理领域公认的难题。近年来，随着国际上对红外太阳物理的重视和新技术新仪器的应用，利用红外波段禁发射线探测微弱的日冕磁场的前景逐渐变得明朗。

我们将借助夏威夷460mm 口径日冕仪SOLARC 进行日冕磁场测量研究，尽可能获取更多地日冕红外偏振光资料，并对如下目标开展研究：

（1）获取沿太阳邻边360 度，2个太阳半径范围内10747 线偏振分布图。虽然2004年国际上发表了一幅数个区域叠加的线偏振图，但这些都是太阳赤道西端日冕的局部区域，而且是两个强活动区的上空。作为深入研究的内容，我们希望能够获得日冕全局分布图，以详细比较极区和赤道附近的差异，比较宁静区和活动区上空是否有显著不同。

（2）获取更多长时间积分的圆偏振数据。该数据可以是针对某个感兴趣的宁静天区，也可以是邻边活动日珥。这些目标一旦观测成功，将可为各种相关理论模型提供实测证据和约束，如可以研究宁静日珥爆发的日冕磁环境演化和相关的日冕物质抛射机制。

（3） 结合其它多波段太阳资料，全面分析和理解所获得的红外日冕磁场数据。

3、    太阳活动的MHD数值模拟和实验

上述观测工作的内容和研究结果将为我们同时进行的理论研究和模型构建提供实测依据和有效限制，并可随时对理论和模型进行检验检测。而相应开展的理论研究和模型建设又能为观测结果提供理论解释和进行深层次的物理图像构建，并在新的高度上为下一步的观测研究指出方向和发现问题。

目前，随着观测研究的不断深入和成果积累，着眼于研究太阳物理现象一般特征的高度抽象的解析方法已经不能够跟上观测研究发展的步伐，数值模拟和实验将成为理论研究的主要手段。另外，灾害性空间天气的预警和预报对数值手段的迫切需要和天体物理领域在实验室构建研究对象所面临的困难使得数值方法在太阳物理及其相关领域的作用更加突出。按照从太阳内部到近地空间的结构来划分，太阳物理数值计算可以分为以下四个方面：

（1）以观测到的太阳光球和色球磁场和等离子体速度场作为边界条件，研究日冕磁场对光球磁场和速度场变化的响应、耀斑和日冕物质抛射的触发。通过数值计算来分析耀斑和CME发生前和发生后磁场拓扑结构的变化、磁能释放和转换的物理过程。

（2）太阳爆发过程中磁力线重联的基本物理过程，磁重联的时间和空间特征，磁重联电流片中等离子体不稳定性精细结构以及它们对重联率的影响。

（3）耀斑和CME的动力学过程。耀斑和CME的三维结构及各种有关物理参数的空间分布和随时间的演化，CME动力学过程及其与背景太阳风等离子体的相互作用。

（4）CME及行星际激波的传播和演化。如果没有CME在行星际空间演化过程的图像，即使观测到了太阳表面的CME，我们仍然无法确定其是否会到达地球，也无法确知该事件是否会对地球造成影响。因此，CME演变为行星际磁云过程的数值模拟，行星际激波在行星际空间中的传播特征，磁云和激波之间的相互作用的研究是灾害性空间天气预报的重要方面。

4、    太阳的周期性变化

太阳活动具有周期性，其中最明显的是11年或22年的周期，另外还有其它长短不一、更加复杂的周期。产生这些周期的物理背景和机制是太阳物理研究的长期任务和课题。对太阳周期性活动的研究分为两个方面，即对太阳活动有关观测数据的统计分析和对太阳发电机理论的研究。

在统计分析方面，寻找信号的周期和寻找周期性信号在太阳物理研究领域内是一项经典的工作，是最受关注与重视的太阳物理研究工作之一。随着太阳观测数据的急剧增加和数学处理方法与分析手段的不断进步发展，这一工作变得越来越复杂与日益重要。对作为“等离子实验室”与恒星样本的太阳，研究其活动与变化的周期性有着重要的指导与借鉴意义。对作为日地空间环境主宰的太阳，研究其信号的周期及其地球信号的周期响应，对作为日地系统终端的地球具有实际应用价值。

一个被实证的周期，往往会带出极丰富的物理现象与内涵。如11年的Schwabe周期，与其有联系的现象有Maunder 蝴蝶图，黑子群的Sporer纬度迁移，Hale磁周的规律，双极黑子轴日面分布的Joy定律，黑子相对数活动周的Gnevyshev-Ohl效应和Waldmeier效应等，而各种发电机模型为Schwabe周期注入了丰富的物理内涵。这种太阳活动周期在地球上有着丰富的反映，如地球人高度关注的全球变暖问题，都与太阳活动周期有着的千丝万缕的联系。