弱磁场恒星大气中氢线的散射偏振 I. 公式化及其在等温模型中的应用

尽管氢的光谱线包含关于各种天体等离子体（包括太阳色球层上部）物理性质的有价值信息，但对其散射偏振信号却知之甚少，而通过汉勒效应对其进行修正可用于磁场诊断。在此，我们报告了关于在等温恒星大气模型中考虑多能级辐射转移效应、氢能级的精细结构以及与电子和质子碰撞影响下，Ly-α、Ly-β和H-α中由散射过程和汉勒效应产生的线偏振的基础理论研究。这第一篇论文的主要目的是阐明控制这三条谱线线偏振的物理机制，以及其对微扰粒子密度、微结构磁场和确定性磁场的强度与结构的敏感性。为此，我们应用了我们开发的一种高效辐射转移代码，用于在具有重叠谱线跃迁的多能级系统中进行汉勒效应的数值模拟。对于诸如太阳色球层上部这样的低密度等离子体，碰撞退偏振主要由n=3精细结构能级之间的碰撞跃迁引起，因此它对Ly-α几乎无关紧要，但对Ly-β和H-α却很重要。我们展示了考虑不同氢线跃迁之间辐射转移耦合时汉勒效应对这三条谱线的影响。例如，我们证明了H-α谱线的线偏振轮廓对谱线线心形成区域中磁场梯度的存在很敏感，并且在类太阳色球层中，偏振分量的选择性吸收对出射散射偏振没有任何显著作用。