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日地物理研究团队揭示太阳磁绳的结构和形成过程

(2017-11-27)

太阳爆发活动是太阳日冕大气中发生的持续时间短暂、规模巨大的能量释放过程,其喷射的物质和能量到达近地空间后,可引起地球磁层、电离层、中高层大气等空间环境的强烈扰动,对当今人类社会的所有技术系统都有可能产生灾害性影响。磁绳由一组螺旋形的磁力线组成,是太阳爆发活动的核心结构,也是探索太阳爆发物理机制的一把金钥匙。然而,由于目前的观测手段只能获得太阳表面——光球的磁场,对磁绳的研究主要依赖于多波段遥感成像等间接手段;只有当爆发的磁绳到达地球时,我们才能借助近地卫星,一窥其当地的磁场和等离子体结构。

刘睿教授等人研究磁绳的两个共轭足点在太阳表面的演化:从耀斑带远端的亮点向外扩展为不规则的亮环,而亮环内部的等离子体沿磁绳磁力线逃逸到行星际空间,导致亮环上方的日冕出现暗化的空洞”——这一过程强烈暗示磁绳在爆发过程中形成,使得测量磁绳的轴向磁通和环向磁通随时间的演化成为可能,从而可推出磁绳内部的磁场扭缠的分布:内部磁场高度扭缠,由内向外扭缠度降低。这些结果在磁绳三天后到达地球时得到近地卫星观测数据的支持。这一工作为进一步研究磁绳形成的物理机制提供了新的思路和途径。

该研究工作得到了国家自然科学基金、中组部青年千人计划、中国科学院重点研究计划等的资助。

论文链接:https://www.nature.com/articles/s41467-017-01207-x

1太阳动力学观测站”(SDO) 飞船上的大气成像系统”(AIA)2015114日观测到的磁绳足点。(a)紫外?1600埃波段观测到的耀斑带。磁绳足点位于两条耀斑带远端的不规则亮环内,由红色虚线方框标出;磁场为正极的足点标记为FP+,负极足点标记为FP-(b–d) (f– h) 分别显示FP-FP+由亮点演化为不规则亮环的过程。(e)(i)为极紫外304埃波段的差分图像,黑色显示因等离子体沿磁场向外逃逸而变暗的区域,这些区域也在(d)(h)中显示。图中坐标单位为角秒,太阳表面1角秒约等于725公里。

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