中國科大日地物理研究團隊揭示太陽磁繩的結構和形成過程

中國科學技術大學地球和空間科學學院劉睿教授等人在太陽爆發活動的研究中取得重要進展，觀測到磁繩結構在爆發中形成的詳細過程，並揭示其內部磁場的扭纏分布。相關成果以「Buildup of a Highly Twisted Magnetic Flux Rope during a Solar Eruption」為題近日在線發表於自然出版集團旗下子刊《Nature Communications》。劉睿教授為論文的通訊作者，博士生王雯思為第一作者，合作者還包括地空學院汪毓明教授和申成龍教授。

太陽爆發活動是太陽日冕大氣中發生的持續時間短暫、規模巨大的能量釋放過程，其噴射的物質和能量到達近地空間後，可引起地球磁層、電離層、中高層大氣等空間環境的強烈擾動，對當今人類社會的所有技術系統都有可能產生災害性影響。磁繩由一組螺旋形的磁力線組成，是太陽爆發活動的核心結構，也是探索太陽爆發物理機制的一把「金鑰匙」。然而，由於目前的觀測手段只能獲得太陽表面——光球的磁場，對磁繩的研究主要依賴於多波段遙感成像等間接手段；只有當爆發的磁繩到達地球時，我們才能藉助近地衛星，一窺其「當地」的磁場和等離子體結構。

劉睿教授等人研究磁繩的兩個共軛「足點」在太陽表面的演化：從耀斑帶遠端的亮點向外擴展為不規則的亮環，而亮環內部的等離子體沿磁繩磁力線逃逸到行星際空間，導致亮環上方的日冕出現暗化的「空洞」——這一過程強烈暗示磁繩在爆發過程中形成，使得測量磁繩的軸向磁通和環向磁通隨時間的演化成為可能，從而可推出磁繩內部的磁場扭纏的分布，即內部磁場高度扭纏，由內向外扭纏度降低。這些結果在磁繩三天後到達地球時得到近地衛星觀測數據的支持。這一工作為進一步研究磁繩形成的物理機制提供了新的思路和途徑。

圖：「太陽動力學觀測站」(SDO) 飛船上的「大氣成像系統」(AIA) 於2015年11月4日觀測到的磁繩足點。(a)紫外 1600埃波段觀測到的耀斑帶。磁繩足點位於兩條耀斑帶遠端的不規則亮環內，由紅色虛線方框標出；磁場為正極的足點標記為FP+，負極足點標記為FP-。(b–d) 和(f–h) 分別顯示FP-和FP+由亮點演化為不規則亮環的過程。(e)和(i)為極紫外304埃波段的差分圖像，黑色顯示因等離子體沿磁場向外逃逸而變暗的區域，這些區域也在(d)和(h)中顯示。圖中坐標單位為角秒，太陽表面1角秒約等於725公里。

該研究工作得到了國家自然科學基金、中組部「青年千人」計劃、中國科學院重點研究計劃等的資助。

來源：中國科大新聞網

本條編輯：曾皓

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！