基于POLAR的太阳高能物理相关数据挖掘、处理和分析

POLAR, a compact space-borne gamma-ray burst polarimeter, will be launched in 2016 onboard the Chinese space laboratory Tiangong-2 (TG-2). It’s the first instrument capable for high accuracy polarization measurements from the X-rays and gamma-rays of gamma-ray bursts (GRB) and solar flares. Together with the already launched DAMPE (Dark Matter Particle Explorer) and other ongoing space projects of China, it will bring China’s first space data for high-energy (astro)physics. Considering the complexity of data processing in high energy range and the need of scientific application of this data stream, we propose a POLAR-based project to process and analyze high energy solar physics data, and to maximize the scientific value of POLAR data in solar physics research. Our main tasks include, (1) processing and extracting precise measurements of polarization of solar flares from the raw data collected in wide field of view, including polarization degree, polarization angle, and their time evolution. (2) writing and publishing related software and processed scientific data for solar physics community in the world. (3) establishing China’s first database for high energy solar physics and providing users with 'online simulation' function on the server. (4) analyzing the physical process behind the data, such as polarization formation and particle acceleration, using multi-band observations from other high energy missions and . The project will improve our knowledge of particle acceleration and ability of data processing and analysis for high energy solar physics. Young scientists will gain rich technique and experiences through the project and prepare themselves for China’s high energy solar missions and studies in the near future.

即将于2016随天宫二号发射的伽玛暴偏振探测仪（POLAR）将填补高灵敏度高能偏振探测这一国际空白，其与已发射的暗物质粒子探测卫星DAMPE，及其他一些空间探测项目，将带来我国首批自主获得的高能物理空间探测数据。考虑到随之而来的科学应用需求和高能数据处理的复杂性，为最大化这批数据的科学价值，使其服务于国际太阳物理研究，我们提出以POLAR为主的太阳高能数据挖掘、处理和分析项目。主要任务是：（1）发展从大视场原始数据中处理、准确提取太阳高能数据的方法，包括偏振度，方向及其演化；（2）面向太阳物理界编写并发布对应的处理软件和数据；（3）建立我国首个太阳高能物理数据库，提供服务器端在线模拟功能；（4）结合多波段资料分析首个高质量的太阳高能偏振观测，其形成机制和粒子加速过程。项目将提升我们对太阳高能数据的处理分析水平和粒子加速传输的了解，为我国将来的太阳高能物理探测和研究做人才，技术和经验储备。

本项目主要面向POLAR仪器等高能太阳数据的处理、信息挖掘和分析。POLAR是天宫2号上的一台高能载荷，用于高灵敏度测量X射线和伽马射线的偏振信息。主要研究内容包括：POLAR、GECAM、DAMPE、SDO等仪器所获得的太阳耀斑高能数据的处理、分析及相关软件开发；太阳高能大数据挖掘和分析方法，建立太阳高能数据库；高能数据的分析和研究等。.目前成果包括29篇文章和1个中国专利，已获得的重要成果和进展包括：（1）完成了POLAR、GECAM数据的处理、定标、模拟分析和背景分析，完成了面向SSW（太阳物理软件包）平台的相关软件开发，成果用于GECAM耀斑数据研究，也可用于后续的POLAR2项目和ASO-S卫星工程；（2）大幅改进了太阳大气微分发射度计算（DEM），精度提高可达一个量级（Su et al. 2018, ApJ Letters），进一步的改进使其可用于全日面图像各种结构的DEM分析，目前正在测试中。DEM分析是定量化研究太阳日冕的关键性基础工具，这两次改进将推动多个研究方向的突破；（3）自主开发了两种大数据挖掘方法，分别基于图像和光变曲线识别耀斑事件并记录参数。其中基于图像的RFD算法对耀斑的识别率远超GOES事件列表和国际同类算法，已用于一个完整太阳活动周（11年）的大数据挖掘，后者则用于我国两个高能卫星GECAM卫星和ASO-S的太阳耀斑数据分析。（4）POLAR共观测到55个伽马暴，其偏振分析取得系列进展。其中详细研究了5个的高精度偏振测量结果及其演化，是目前最好的伽马暴偏振结果，文章发表在Nature Astronomy（Zhang et al. 2019）并被广泛报道。（5）正在利用我们发展的大数据挖掘方法对SDO卫星11年的数据进行信息提取，产生两个重要的信息库：覆盖一个完整太阳活动周的日冕DEM演化数据和耀斑事件数据库，对日冕长期演化、大尺度结构分析、日冕加热难题、耀斑统计性质、耀斑分类等多个方向的科研突破有重大意义。数据入库和搜索页面工作已经完成。在首批成果发表后，所有挖掘结果将通过本项目支持建立的太阳高能数据库开放。