云南天文台科研人员揭示太阳“鱼骨状”磁结构中产生复发增亮的精细过程

近日,中国科学院云南天文台杨波等人在《天体物理杂志快报》(The Astrophysical Journal Letters)发表研究成果(Yang et al. 2026, ApJL, 1008, L59)。该研究利用国内外多个太阳观测设备的高时空分辨率观测,首次详细揭示了太阳活动区中一种“鱼骨状”磁结构内部反复增亮的完整物理过程,为理解太阳大气中磁能如何在小尺度上被精细、有序地释放提供了新的认识。

研究团队综合分析了新真空太阳望远镜(NVST)、太阳动力学天文台(SDO)、界面区成像光谱仪(IRIS)以及Hinode卫星的观测数据,发现2015311日至12日,太阳活动区12297的东南边缘发生了一系列反复出现的小尺度增亮现象(1(a))。高分辨观测显示,增亮源区夹在两个负极性黑子之间,其中间分布着一条狭长的正极性磁场带(图1(c))。形似鱼骨的磁结构正坐落于此:“脊柱”沿该正极性磁场延伸,一系列“鱼刺状”分支从脊柱两侧斜向伸出,分别连接到两侧的负极性黑子(1(c-d))。在约9.5小时的连续观测中,研究团队共识别出18次独立的增亮事件,平均每次持续约9分钟,复发间隔介于13—59分钟之间(平均约29.7分钟),发生频率约为每小时1.91次。

这些增亮并非杂乱发生,而是像“拉拉链”一样有序推进。增亮过程中,一个紧凑的亮结构沿鱼骨状结构的脊柱自西向东逐节点移动,平均速度约十几公里每秒,与色球和过渡区的阿尔芬速度相当。与此同时,沿两侧的分支结构中出现了双向物质流,并有等离子体团沿脊柱向远处的正极性黑子区抛射。这些移动的亮结构很可能依次记录了脊柱各“节点”处按时间先后接连发生的磁重联过程,而非整体物质流动, 并且整个能量释放过程主要发生在色球和过渡区。

研究还发现,鱼骨状结构下方存在持续的光球磁场浮现和剪切运动,可能还伴随磁对消。这些光球活动一方面维持了鱼骨状结构的复杂拓扑,另一方面不断为其补充磁自由能,从而驱动增亮反复发生。

在能量释放的物理图像上,本研究带来如下新认识:磁能的精细释放可以高度有序。以往观测多将活动区增亮视为彼此独立的零星事件,本研究表明,在相干磁结构的组织下,一次次增亮可以沿特定“路径”逐节点接力发生,构成一个可反复运转的“能量释放引擎”。该研究为理解活动区复发增亮过程的物理机制提供了新的线索。

这一发现对色球与日冕加热问题同样具有启示。太阳物理学家长期推测,日冕磁力线因光球对流运动相互缠绕形成“编织磁结构”,其内部小尺度磁重联的级联式爆发(“磁雪崩”)可能是日冕加热的重要机制,但极少被观测直接捕捉。本研究为此提供了稀有的观测样本,并进一步提示:这类缠绕磁结构及其伴随的级联式能量释放,更可能发生在偏离无力状态的色球和过渡区,且能够长期存在、反复运转,从而为帕克日冕加热理论及自组织临界性框架下的小尺度能量释放提供了新的观测依据。

该工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、云南省基础研究计划以及云南省兴滇英才项目的支持。

论文链接

图 1:日冕增亮及其源区的鱼骨状磁结构。(a) SDO/AIA 171 Å(红色)、193 Å(绿色)和131 Å(蓝色)合成图。(b) NVST Hα线心图。(c)-(d) IRIS/SJI 1330 Å 1400 Å 图像。白色和蓝色的等值轮廓线表示±200 G的视像磁场。


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