云南天文臺日冕物質拋射(CME)研究取得重要進展
9月23日,最新出版的一期國際著名期刊Nature Physics(http://www.nature.com/nphys/journal/vaop/ncurrent/abs/nphys2427.html)上,發(fā)表了云南天文臺外國專家特聘研究員Ilia I. Roussev博士等人撰寫的一篇科學論文“Explaining fast ejections of plasma and exotic X-ray emission from the solar corona”。 本文闡述的研究工作圍繞日冕物質拋射(英文簡寫為CME)或者說是太陽爆發(fā)展開。作為近地空間天氣的主要驅動源,太陽爆發(fā)屬于空間科學領域內的核心研究對象,經(jīng)過太陽物理學家們近四十年的研究和辯論,關于CME事件背后的物理機制仍然沒有達成一致意見。
論文給出了處于學科最前沿的計算機模擬結果,提出了有關太陽大氣中磁化等離子體快速拋射和伴隨的X-射線起源的一種理論解釋。Roussev博士說:“通過對CME的研究,我們不但能夠深刻認識空間天氣的驅動源,而且對太陽和與其類似恒星的大氣結構以及復雜等離子現(xiàn)象也會加深了解”。
本文最主要的成果如下:
1、作者在計算機模擬當中,對光球層的電場采取了基于觀測結果、全新的、更接近于真實情況的描述方式,就新浮磁通量和磁螺度如何導致太陽日冕磁結構大尺度(見附圖)重構過程提出了全新的解釋,而利用過去的太陽全球模型是不能夠獲得這一結果的。
2、解釋了快速CME的形成機制,指出組成快速CME的磁力線與新浮磁通量管中的磁力線是不同的,而且作者結論性地將這一過程與太陽日冕中稱為S-形(即Sigmoid)結構的熱X-射線特征聯(lián)系起來了。附圖左下角的局部放大圖是計算結果(左下)與觀測數(shù)據(jù)(右上)藝術并自洽結合的結果。
3、數(shù)值模擬的結果(見局部放大圖左下部分)首次表明雙磁通量繩的存在是磁通量浮現(xiàn)的結果。這兩段磁通量繩形成了在軟X-射線波段出現(xiàn)的‘雙J-型’Sigmoid結構, 而不是以前大家認為的單Sigmoid結構。這為Hinode上搭載的XRT儀器的X-射線觀測結果(見局部放大圖右上部分)提供了全新的解釋。
4、本文描述的模型不僅揭示了快速CME磁場結構自洽演化的細節(jié),還可以直接計算X-射線流量的增強,與現(xiàn)有的其它模型相比,這是一個突破。需要強調的是X-射線流量的變化,特別是來自于Sigmoid結構的X-射線的變化,對近地空間環(huán)境顯得尤為重要,因為它對地球熱層(thermosphere)的加熱和低軌道衛(wèi)星受到的大氣阻力有重要影響。
該項工作得到了中國科學院外國專家特聘研究員項目及兩項美國國家自然科學基金(一項在夏威夷大學,一項在新罕布什爾大學)的資助。
