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              國家天文台科研人員發現磁繩兩階段演化在約束耀斑中的作用

                

                太陽耀斑是太陽大氣中劇烈的爆發現象,耀斑研究對于天體物理和空間天氣領域具有关键的理論和應用價值。最近,國家天文台楊書紅博士主導的研究團隊綜合利用雲南撫仙湖觀測站新真空太陽望遠鏡(NVST)和美國太陽動力學天文台(SDO)數據,對耀斑過程進行了詳細分析,發現磁繩的兩階段演化(特別是磁繩與活動區大尺度磁環之間的重聯)對于約束耀斑的形成具有关键作用。 

                有日冕物質抛射伴隨的耀斑稱爲爆發耀斑(eruptive flare),無日冕物質抛射伴隨的耀斑稱爲約束耀斑(confined flare)。磁繩(當磁繩中充斥著冷密物質時表現爲暗條)被認爲在耀斑過程中扮演了关键角色。向上擡升的磁繩會受到上方磁環的束縛,若上方束縛過強,磁繩到達一定高度後被迫停止,從而形成約束耀斑。這在觀測上通常表現爲暗條到達一定高度後即停止上升,繼而向太陽表面回落。 

                楊書紅等人發現,由于光球磁場的剪切運動,磁力線變得扭曲,形成剪切纖維結構(見圖1);持續的剪切運動最終造就纏繞的磁繩結構。基于耀斑即將發生時的光球磁場數據,他們利用非線性無力場方法對日冕磁場進行了外推計算。結果顯示,在磁中性線上存在一個扭纏的磁繩結構,磁繩上方覆蓋著小尺度磁環,再之上是活動區的大尺度環系(見圖2)。當磁繩因扭纏不穩定而擡升時,拉伸上覆磁環,磁繩下方的反向磁力線發生重聯産生耀斑。這一演化階段稱爲磁繩的“標准上升(standard rising)”階段(見圖3)。當繼續上升的磁繩遇到活動區大尺度磁環時,兩者之間發生重聯。磁繩中的扭纏因此被轉移和分散到新形成的大尺度磁場系統中,而不會逃離太陽進入行星際空間,所以最終形成了約束耀斑。這一演化階段稱爲磁繩的“外部重聯(external reconnecting)”階段。 

                該研究結果表明,磁繩的兩階段演化(特別是磁繩的外部重聯)導致了約束耀斑的形成。這對于理解耀斑與日冕物質抛射的關系以及日冕物質抛射的形成條件具有关键意義,也爲建立太陽活動預報模型、預測災害性空間天氣事件提供了关键的觀測基礎。 

                本項工作由國家天文台、中國氣象局國家空間天氣監測預警中心雲南天文台的科研人員合作完成,文章已于近期發表在國際著名期刊《天體物理學報》上(Shuhong Yang, Jun Zhang, Qiao Song, Yi Bi, Ting Li. 2019, ApJ, 878, 38)。

                1:耀斑發生前的光球磁場以及低層大氣成像(從左到右依次是:SDO/HMI光球磁圖,NVST/TiO光球圖像,NVST/Hα色球圖像) 

                2:计算所得日冕三维磁结构俯视圖(红色:磁绳;蓝色:磁绳上方小尺度磁环;金色:活动区大尺度磁环) 

                3:磁绳两阶段演化导致约束耀斑示意圖(a-b:標准上升;c-d:外部重聯) 

               

               

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