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云南天文臺等太陽耀斑環系統上方結構研究獲進展
2019-09-16  |  作者:  |  【  】 【打印】 【關閉

  中國科學院云南天文臺太陽活動及CME理論研究團組博士研究生蔡強偉、研究員林雋及其合作者研究發現,在太陽的極紫外圖像中觀測到的耀斑環頂上方的扇形結構(supra-arcade fan,SAF),有可能是能夠對帶電粒子進行有效加速的終止激波存在的區域。該項研究的合作者分別來自美國哈佛-史密松天體物理中心、德國萊布尼茨天體物理學研究所和比利時魯汶大學。相關研究成果于近期發表在國際天文學雜志《英國皇家天文學會月報》《Monthly Notices of the Royal Astronomical Society》上。

  太陽耀斑是太陽系中最劇烈的爆發現象之一,同時也是有效的粒子加速器,能夠將大量帶電粒子加速到相對論速度。在已有的太陽耀斑模型中,終止激波經常被用來作為粒子加速的可能驅動因素。目前關于終止激波的考察主要是通過理論研究、數值實驗和射電觀測等方面進行。但是利用光學(尤其是紫外和極紫外)成像觀測對終止激波進行研究的工作還很少。另外,SAF所處的空間位置一般也被認為同各種高能粒子源(諸如硬X射線源、射電源、微波源)是一致的。

  蔡強偉等人揭示了在這個被稱為SAF的高溫結構(高達1000萬開爾文)中有終止激波形成和存在。該高溫結構存在于太陽耀斑期間磁重聯電流片的底部和耀斑環系統的頂部之間。這一新的發現是通過將磁流體動力學的計算機模擬結果(圖1)與由多個高分辨空間望遠鏡對2017年9月10日發生的大耀斑的觀測結果(圖1)相結合而實現的。

  該研究為引起太陽耀斑的磁重聯過程的動力學分析提供了新的物理見解。雖然研究人員很早之前就已經知道磁重聯是導致太陽耀斑發生的原因,但理解所涉及的實際物理狀態及其可觀測到的后果一直是一個挑戰。新的模擬結果表明SAF經歷了準周期振蕩。這可以通過極紫外波段的太陽耀斑的相關觀測得到證實。這種振蕩特征意味著太陽耀斑期間的磁能釋放和轉換是以脈沖形式,類似突發的方式進行。這可能是由于電流片中的磁重聯區域是高度湍動的且具有間歇性特征所導致的。計算機的模擬結果(圖2)清晰地再現了耀斑環系統頂部出現的終止激波,這也表明在分析、研究、解釋復雜的太陽爆發現象時數值模擬是很重要的。

  該工作獲得了中國科學院戰略先導(A)類研究項目、國家自然科學基金委及中國科學院聯合基金項目、云南省創新團體項目、以及云南省萬人計劃-云嶺學者項目的支持。

    

  圖1 高分辨空間望遠鏡SDO(a)和IRIS(b)觀測到的2017年9月10日爆發事件產生的日冕物質拋射(超出圖片范圍)、耀斑環系統、磁重聯電流片、拱上方扇形結構和可能的終止激波。

圖2 對2017年9月10日事件的耀斑環系進行數值實驗的結果,再現了耀斑環系統、重聯電流片和終止激波。

(a)磁場輪廓和密度分布,(b)相同區域內的速度分布,(c)包含有終止激波的黑色方框區域內速度散度的分布。

 

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