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云南天文台日冕物质抛射(CME)研究取得重要进展
2012-09-24  |  作者:云南天文台  |  【  】 【打印】 【关闭

9月23日,最新出版的一期国际著名期刊Nature Physics(http://www.nature.com/nphys/journal/vaop/ncurrent/abs/nphys2427.html)上,发表了云南天文台外国专家特聘研究员Ilia I. Roussev博士等人撰写的一篇科学论文“Explaining fast ejections of plasma and exotic X-ray emission from the solar corona”。 本文阐述的研究工作围绕日冕物质抛射(英文简写为CME)或者说是太阳爆发展开。作为近地空间天气的主要驱动源,太阳爆发属于空间科学领域内的核心研究对象,经过太阳物理学家们近四十年的研究和辩论,关于CME事件背后的物理机制仍然没有达成一致意见。

论文给出了处于学科最前沿的计算机模拟结果,提出了有关太阳大气中磁化等离子体快速抛射和伴随的X-射线起源的一种理论解释。Roussev博士说:“通过对CME的研究,我们不但能够深刻认识空间天气的驱动源,而且对太阳和与其类似恒星的大气结构以及复杂等离子现象也会加深了解”。

本文最主要的成果如下:

1、作者在计算机模拟当中,对光球层的电场采取了基于观测结果、全新的、更接近于真实情况的描述方式,就新浮磁通量和磁螺度如何导致太阳日冕磁结构大尺度(见附图)重构过程提出了全新的解释,而利用过去的太阳全球模型是不能够获得这一结果的。

2、解释了快速CME的形成机制,指出组成快速CME的磁力线与新浮磁通量管中的磁力线是不同的,而且作者结论性地将这一过程与太阳日冕中称为S-形(即Sigmoid)结构的热X-射线特征联系起来了。附图左下角的局部放大图是计算结果(左下)与观测数据(右上)艺术并自洽结合的结果。

3、数值模拟的结果(见局部放大图左下部分)首次表明双磁通量绳的存在是磁通量浮现的结果。这两段磁通量绳形成了在软X-射线波段出现的‘双J-型’Sigmoid结构, 而不是以前大家认为的单Sigmoid结构。这为Hinode上搭载的XRT仪器的X-射线观测结果(见局部放大图右上部分)提供了全新的解释。

4、本文描述的模型不仅揭示了快速CME磁场结构自洽演化的细节,还可以直接计算X-射线流量的增强,与现有的其它模型相比,这是一个突破。需要强调的是X-射线流量的变化,特别是来自于Sigmoid结构的X-射线的变化,对近地空间环境显得尤为重要,因为它对地球热层(thermosphere)的加热和低轨道卫星受到的大气阻力有重要影响。

该项工作得到了中国科学院外国专家特聘研究员项目及两项美国国家自然科学基金(一项在夏威夷大学,一项在新罕布什尔大学)的资助。

 
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