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云南天文台在湍流持续加热爆发磁绳的研究中获进展
2021-03-08  |  作者:  |  【  】 【打印】 【关闭

  近日,天文学期刊《天体物理学杂志》(The Astrophysical Journal)发表了中国科学院云南天文台叶景博士及其合作者的最新数值模拟工作。该工作基于太阳爆发灾变标准模型,发现了磁绳在失稳上升后远离太阳表面依然被强烈地加热的现象及日冕物质抛射(CME)周围相关的波状结构,对CME底部的湍动等离子体特征提供了更深入的理论解释。

  太阳爆发是太阳系中最剧烈的活动现象,其中相当于几十亿颗巨型氢弹同时爆炸的能量,通过磁重联过程被快速地释放出来。观测发现,磁绳在爆发后背离太阳的演化过程中依然被强烈地加热。其可能的机制有电流片内的重联加热、纽缠不稳定性、小尺度磁重联、波加热、热传导、高能粒子、暗条中的反向流和欧姆加热等。然而,哪些机制是主导CME泡的加热过程的,仍然是未解之谜,亟需进一步研究。

  叶景等人利用2.5维高分辨率的磁流体动力学(MHD)模拟加入更真实的热传导过程,发现了重联出流中的MHD湍流可以持续地把CME底部的等离子体加热到更高的温度,为加热CME提供了相当大的能量。在热传导和慢模激波共同作用下形成了极紫外图像中复杂的CME泡的观测特征(图1)。同时,他们也发现CME底部的湍流会被终止激波进行一定程度的增强。虽然CME底部的终止激波的压缩率有时候甚至会超过4,但这样显著的激波结构依然在太阳动力天文台(SDO/AIA)的多波段图像难以准确的探测到。

  另一方面,在磁绳上升过程中,其尾部持续地产生周期性波列,其产生机制跟CME底部不断形成的倒阴叉结构有关(图2)。结果表明,湍流是产生CME周围的强波列结构及其周期性的重要来源。

  虽然他们模拟中CME底部的致密的热等离子结构仍然未被AIA的观测证实,但有可能可以在许多X级耀斑相关的快CME事件中用紫外日冕分光仪观测数据探测到。比如,2002年4月21日的事件中,有观测发现在磁绳底部有铁13谱线的响应,这可能就跟湍流加热相关。

  该研究获得了国家自然科学基金项目、中国科学院战略先导科技专项和云南省林隽科学家工作室的支持。科学计算任务得到了国家超级计算天津中心“天河一号”的支持,图像数据处理完成于云南天文台计算太阳物理实验室。

  论文链接

图1. 在t=1030.7 s时刻的EUV合成图像。(a)AIA 94埃;(b)AIA 131埃;(c)AIA 171埃;(d)AIA 193埃;(e)温度分布;(f)密度分布;(g)沿着x=0的相关一维分布。其中,虚线表示终止激波的位置。

图2 由一个磁岛撞击CME泡下方激发波列的过程。(a)t=1039.9 s时的速度散度;(b)t=1067.4 s时的速度散度。

 

 
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