Modelling solar irradiance from ground-based photometric observations
Theodosios Chatzistergos, Ilaria Ermolli, Fabrizio Giorgi, Natalie A. Krivova, Cosmin Constantin Puiu
备注：
17 pages, 8 figures, accepted for publication in Journal of Space Weather and Space Climate as part of the topical issue "Space climate: The past and future of solar activity"
自1978年以来一直从空间监测太阳总辐照度。测量结果显示，太阳活动周期的相位存在显著的变化，时间尺度上的波动也短于几天。然而，测量是由多个通常相对短暂的任务完成的，这使得TSI可能的长期趋势非常不确定。虽然紫外线辐照度的变化显然与太阳活动周期同相，但可见光范围内的变化阶段一直存在争议。在本文中，我们的目的是得到一个洞察到TSI的长期趋势，自1996年以来的太阳辐照度的变化在光谱的可见光部分的相位。利用罗马天文台和圣费尔南多天文台1996年以来的Ca~II~K和连续统的独立地基全圆盘光度观测资料计算了TSI。我们遵循基于光度和指数的经验圣费尔南多方法。我们发现，在1996年至2008年的活动最小值之间，TSI呈微弱下降趋势，为-7.8 $^{+4.9}_{-0.8}\times10^{-3}$ Wm $^{-2}$ y $^{-1}$，而在2008年至2019年之间，重建的TSI未显示出略微下降（但统计学上不显著）的趋势，为-0.1 $^{+0.25}_{-0.02}\times10^{-3}$ Wm $^{-2}$ y $^{-1}$。用于重建的参考TSI系列不会显著影响所确定的趋势。蓝色连续光谱（409.2 nm）的变化相当平坦，而红色连续光谱（607.1 nm）的变化在反相的边缘，尽管这个结果对图像中安静太阳水平的准确评估非常敏感。这些结果提供了进一步的见解，总太阳辐照度的长期变化。可见光的变化幅度低于处理的不确定性，这妨碍了对变化相位的评估。
英文摘要：
Total solar irradiance (TSI) has been monitored from space since 1978. The measurements show a prominent variability in phase with the solar cycle, as well as fluctuations on timescales shorter than a few days. However, the measurements were done by multiple and usually relatively short-lived missions making the possible long-term trend in the TSI highly uncertain. While the variability in the UV irradiance is clearly in-phase with the solar cycle, the phase of the variability in the visible range has been debated. In this paper, we aim at getting an insight into the long-term trend of TSI since 1996 and the phase of the solar irradiance variations in the visible part of the spectrum. We use independent ground-based full-disc photometric observations in Ca~II~K and continuum from the Rome and San Fernando observatories to compute the TSI since 1996. We follow the empirical San Fernando approach based on the photometric sum index. We find a weak declining trend in the TSI of -7.8$^{+4.9}_{-0.8}\times10^{-3}$ Wm$^{-2}$y$^{-1}$ between the 1996 and 2008 activity minima, while between 2008 and 2019 the reconstructed TSI shows no trend to a marginally decreasing (but statistically insignificant) trend of -0.1$^{+0.25}_{-0.02}\times10^{-3}$ Wm$^{-2}$y$^{-1}$. The reference TSI series used for the reconstruction does not significantly affect the determined trend. The variation in the blue continuum (409.2 nm) is rather flat, while the variation in the red continuum (607.1 nm) is marginally in anti-phase, although this result is extremely sensitive to the accurate assessment of the quiet Sun level in the images. These results provide further insights into the long-term variation of the total solar irradiance. The amplitude of the variations in the visible is below the uncertainties of the processing, which prevents an assessment of the phase of the variations.
Intensity contrast of solar network and faculae -- II. Implications for solar irradiance modelling
我们的目标是从网络和光斑的视强度来了解它们对太阳辐照度的影响。利用太阳动力学天文台的全圆盘观测资料，研究了Fe I 6173线和1700 μ m连续谱和核心区的网络和光斑强度对比度随磁通量密度、距圆盘中心的距离、附近磁场和时间的变化。由于附近的磁场对对流的影响，网络和光斑的亮度被认为受到抑制。不同的研究指出，安静太阳网络和活动区域光斑之间的强度对比度的差异，是因为活动区域的磁拥挤程度更高，而不是由于网络和光斑之间的任何基本物理差异。这些结果强调了太阳辐照度模型需要包括附近磁场对网络和光斑亮度的影响。我们发现的证据表明，偏离局部热平衡（LTE）可能对强度对比度的影响有限。这可以解释为什么太阳辐照度模型是基于太阳表面磁场特征的强度对比度计算假设LTE再现观测到的光谱变化，即使LTE假设打破。某些太阳辐照度模型采用色球指数作为网络和光斑对太阳辐照度影响的直接指标。基于过去的研究的Ca II K线和强度对比度测量得出这里，我们表明，色球发射网络和光斑的波动是一个合理的估计，在中间光球的发射波动，但不是在较低的光球。从2010年到2018年的数据集表明，在此期间，强度对比度稳定在3%左右。
Analysis and modeling of solar irradiance variations
太阳发电机的一个突出表现是11年的活动周期，这在包括太阳辐照度在内的太阳活动指标中很明显。虽然太阳活动和太阳亮度之间的关系一直被怀疑，但直到1978年发射Nimbus-7号卫星后才能进行定期卫星测量，才直接观测到。在从空间测量太阳辐照度的同时，还开发了一些模型，目的是通过光球层中磁结构所造成的强度过剩/不足来描述表观可变性。更复杂的模型，称为半经验，依赖于强度光谱的光球磁结构产生的辐射转移代码从半经验模型大气。SATIRE-S（Spectral And Total Irradiance Reconstruction for the Satellite era）是一个典型的卫星辐射模型。当前半经验模型的一个关键限制是，由于使用平面平行模型大气（而不是三维模型大气），网络和光斑的辐射特性没有得到充分表示。这篇论文是四个出版物的汇编，详细介绍了调查的结果，旨在为最终引入三维大气到SATIRE-S和审查太阳辐照度的测量和建模的现状奠定必要的基础。还介绍了SATIRE-S模型的更新。我们生成了一个总的和光谱太阳辐照度的每日重建，覆盖1974年到现在，这是更可靠的，在大多数情况下，扩展比类似的重建从当代模型。
Observations and modelling of Helium lines in solar flares
利用辐射流体动力学模拟研究了太阳耀斑中He II 304和He I 584谱线强度对电子束加热的响应。比较不同的电子束参数，我们发现，这两个He线的强度是非常敏感的能量通量沉积在色球层中，或更具体地说，加热速率，与He II 304是更敏感的加热比He I 584。因此，在色球层中，He线比率随着加热速率的增大而增大。一个类似的趋势，发现在观测中，使用SDO/EVE他辐照度比和估计的电子束能量率从硬X射线数据。从模拟中，我们还发现，电子的光谱指数可以影响的He比，但在观测中没有发现类似的效果。
Line and continuum radiative transfer modelling of AA Tau
我们提出的光度和光谱模型的经典金牛座T星AA头。光度和光谱的变化目前在AA头的观测是由于磁致翘曲的吸积盘，周期性地掩盖光球的8.2天的时间尺度。发射线轮廓显示的签名，这两个下降，归因于磁层吸积材料，和外流。使用辐射转移程序TORUS，我们研究了AA Tau的拱星盘和外流的几何和运动学，这里模拟为盘风。光度模型已被用来约束的磁盘的纵横比，磁层偶极子相对于恒星旋转轴的偏移角，和拱盘的内半径。光谱模型已被用来约束风和磁层温度，风加速度参数，和质量损失率。我们发现观测结果与质量吸积率为$5\times10^{-9}$ M $_\odot$ yr $^{-1}$的模型拟合得最好，偶极偏移在$10^\circ$和$20^\circ$之间，磁层将盘从5.2 R截断到8.8 R $_\star$，质量损失率与吸积率之比约为0.1，磁层温度为8500 - 9000 K，盘风温度为8000 K。
Sun-like Stars Shed Light on Solar Climate Forcing
最近发表的，在1993年至2017年期间在费尔伯恩天文台获得的72颗类太阳恒星的精确恒星测光被用来设定自1750年以来地球大气层$\pm$ 4.5 W m $^{-2}$的太阳强迫极限。与之相比，IPCC对人为强迫的估计为+2.2 $\pm$ 1.1 W m $^{-2}$。提出了三个关键假设。按重要性降序排列，它们是：（a）大多数亮度变化发生在平均时间序列长度为$\approx$ 17年的范围内;（b）从黄道上看到的太阳表现为一个中年类太阳恒星的集合;（c）Strömgren $b$和$y$波段的窄带测光与太阳总辐照度成线性比例。假设（a）可以通过获得更多的类太阳恒星的光度数据，特别是那些已经观测到的恒星的光度数据来放松和检验。从1999年起观测到8颗具有近太阳参数的恒星，1993年以来观测到2颗。我们的工作揭示了继续和扩大地面测光的重要性，以补充昂贵的太阳辐照度测量从空间。
Reconstruction of Solar EUV Irradiance Using CaII K Images and SOHO/SEM Data with Bayesian Deep Learning and Uncertainty Quantification
Institute for Space Weather Sciences, New Jersey Institute of Technology, University Heights, Newark, NJ 07102, USA（空间天气科学研究所，新泽西理工学院，大学 Heights，新泽西州诺克斯维尔，NJ 07102，美国）；Department of Computer Science, Sam Houston State University, Huntsville, TX 77341, USA（计算机科学系，萨姆休斯顿州立大学，休斯顿，德克萨斯州77341，美国）；Center for Solar-Terrestrial Research, New Jersey Institute of Technology, University Heights, Newark, NJ 07102, USA（太阳-地球研究中心，新泽西理工学院，大学 Heights，新泽西州诺克斯维尔，NJ 07102，美国）；Department of Computer Science, New Jersey Institute of Technology, University Heights, Newark, NJ 07102, USA（计算机科学系，新泽西理工学院，大学 Heights，新泽西州诺克斯维尔，NJ 07102，美国）；Big Bear Solar Observatory, New Jersey Institute of Technology, 40386 North Shore Lane, Big Bear City, CA 92314, USA（大熊太阳观测站，新泽西理工学院，40386 North Shore Lane，大熊城，加利福尼亚州92314，美国）
Modelling solar radial velocities and photometric variability with SOAPv4
Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço, Universidade do Porto（空间科学与天体物理研究所，波尔图大学）；Departamento de Física e Astronomia, Faculdade de Ciências, Universidade do Porto（波尔图大学理学院物理与天文系）；Université Paris-Saclay, Université Paris Cité, CEA, CNRS, AIM（巴黎萨克雷大学，巴黎西岱大学，法国原子能和替代能源委员会，法国国家科学研究中心）；Department of Physics, University of Coimbra（科英布拉大学物理系）；Departamento de Ciências da Terra, FCTUC, Universidade de Coimbra（科英布拉大学地球科学系）
Rome Precision Solar Photometric Telescope: precision solar full-disk photometry during solar cycles 23-25
罗马精密太阳光度望远镜（Rome Precision Solar Photometric Telescope，简称Rome/PSPT）是一个从事精密太阳光度测量的地面望远镜。它有一个从1996年开始到2022年的27年光球和色球层全磁盘图像数据库。在天气允许的情况下，每天都获得太阳图像，在393.3 nm处的Ca II K线、430.6 nm处的G带以及光谱的蓝色和红色部分分别在409.4 nm和607.2 nm处的连续光谱中具有约2弧秒/像素尺度。还在535.7 nm的绿色连续谱上进行了约18个月的定期观测。自第一缕阳光出现以来，罗马/PSPT的行动一直致力于了解短期和长期太阳辐照度变化的来源，分别从一分钟到几个月，从一年到几个太阳周期。然而，Rome/PSPT的数据也用于研究各种其他课题，包括太阳盘特征的光度特性和色球网络所显示的超颗粒化。此外，它们在连接一系列历史和现代的全圆盘太阳观测，特别是Ca II K线数据方面是独一无二的。在这里，我们提供了罗马/PSPT望远镜的概述，以及从它的第一次光到现在，跨越太阳周期23-25进行的太阳监测。我们还简要介绍了与罗马/PSPT数据取得的主要成果，并给出了一个概述的新结果，来自整个时间序列的观测涵盖1996年至2022年期间。
SPICE -- modelling synthetic spectra of stars with non-homogeneous surfaces
Research School of Astronomy & Astrophysics, Australian National University（澳大利亚国立大学天文与天体物理研究学院）；Astronomical Institute, University of Wrocław（弗罗茨瓦夫大学天文研究所）；Space Sciences, Technologies and Astrophysics Research (STAR) Institute, Université de Liège（列日大学空间科学、技术与天体物理研究（STAR）研究所）；School of Computing, University of Leeds（利兹大学计算机学院）；School of Computing, Australian National University（澳大利亚国立大学计算机学院）；Department of Astronomy, The Ohio State University（俄亥俄州立大学天文学系）
Observations and Spectral Modelling of the Narrow-Lined Type Ic SN 2017ein
SN 2017 ein是一个窄线的Ic型SN，在超新星爆发前的图像中，它与螺旋星系NGC 3938的表面上的点状源共享一个位置，使SN 2017 ein成为第一个可信的Ic型祖先探测器。文献中的结果表明，这个点状源很可能是60-80 M $_{\odot}$的大质量祖先，这取决于源是双星、单星还是致密星团。使用新的光度和光谱数据收集了200天，包括几个星云光谱，我们生成一个一致的模型，涵盖光球和星云阶段使用蒙特卡罗辐射传输代码。光球相位模型发现，喷出的质量为1.2-2.0 M $_{\odot}$，$E_\mathrm{k}$为$\sim(0.9 \pm0.2)\times 10^{51}$ erg，从星云光谱中发现的$^{-1}$低于5000 km/s的物质约为1 M $_{\odot}$。光球和星云相位模型都表明$^{56}$ Ni的质量为0.08-0.1 M $_{\odot}$。模拟星云光谱中的[ \OI ]发射特征表明，最里面的喷出物是不对称的。模拟结果支持16-20 M $_{\odot}$的低质量祖先，这与超新星前衍生的高质量祖先不一致。这种矛盾可能是由于前超新星源不代表实际的祖先。
How long can LBVs sleep? A long-term photometric vaiability and spectral study of the Galactic candidate luminous blue variable MN112
亮蓝变星（Luminous Blue Variable，LBV）是一种大质量恒星，具有很强的光谱和光度变化。它们代表什么样的进化阶段以及究竟是什么驱动它们的不稳定性的问题仍然是开放的，因此，重要的是要了解没有显著持续活动的LBV是否存在，以及这种休眠的LBV可能"休眠"多久。在这篇文章中，我们调查的长期变化特性的LBV候选人MN 112，结合其光学和红外光谱数据，涵盖12年的光度数据，涵盖近一个世纪的现代时域天空调查和历史摄影底片。我们分析的光谱，通过模拟其大气层，并使用一个新的距离估计盖亚数据发布3（DR3），以确定MN112的位置内的银河系和在赫兹-罗素图得出的物理性质。与Gaia DR 2相比，距离估计增加了近两倍。由于MN 112在图的上部移动，根据我们的模拟，它位于初始质量$M_*=70 M_\odot$接近Humphreys-Davidson极限的恒星演化轨道上。由于没有任何显着的变化，我们得出结论，该恒星是一个休眠的LBV，已经不活跃了至少一个世纪。
PlatoSim: An end-to-end PLATO camera simulator for modelling high-precision space-based photometry
KU Leuven（荷语鲁汶大学）；German Aerospace Center（德国航空航天中心）；Observatoire de Paris, Université PSL, Sorbonne Université, Université Paris Cité, CNRS（巴黎天文台、巴黎文理研究大学、索邦大学、巴黎西岱大学、法国国家科学研究中心）
