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云南天文台对CME-耀斑电流片的动力学研究取得重要进展
2021-11-29  |  作者:  |  【  】 【打印】 【关闭

  中国科学院云南天文台“太阳活动及CME理论研究”团组博士研究生谢小妍与合作者一道通过磁流体动力学(MHD)数值模拟来探究日冕物质抛射(CME)-耀斑电流片的动力学演化特征。其近期发表在英国《皇家天文学会月报》(Monthly Notices of the Royal Astronomical Society)上的成果揭示了CME-耀斑电流片新的重要特征。

  驱动大规模太阳爆发的磁重联发生在CME-耀斑电流片中,将磁能迅速转换为等离子体的动能和热能。CME-耀斑电流片是能量转换的核心结构,对它的研究不仅能加深我们对太阳爆发过程能量转换物理本质的全面认识和理解,还能揭示电流片中对能量转换极为重要的精细几何结构。

  谢小妍等人在太阳爆发灾变模型的基础上,通过MHD数值模拟考察了CME-耀斑电流片动力学演化的精细物理特征(见图1)。他们发现,电流片中离开太阳的磁重联外流以及等离子体团进入CME泡之后,会在CME泡底部的缓冲区产生终止激波并发生等离子体堆积;由于堆积的不均匀性在该区域中引发瑞利-泰勒(RT)不稳定性,导致缓冲区在平行于电流片的方向上发生局部振荡。这种振荡会沿着电流片向下传播,引起电流片的整体振荡。随着缓冲区的演化,缓冲区的振荡周期变长,从 30 s 逐渐增加到 16 min。同时,耀斑环顶还存在着另一种由速度剪切引起的周期为 0.25 min 到 1.5 min 的振荡模式。

  当电流片演化到一定的长度时,电流片还会发生撕裂模不稳定性,导致等离子团的形成、并朝向或背向太阳进行运动。大部分等离子体团的运动都有加速的成分,根据磁重联的标准模型,这意味着在实际的太阳爆发事件中,耗散区可以充满大尺度CME-耀斑电流片的大部分区域。

  该工作的意义在于,首次确认了RT不稳定能够发生在等离子体堆积的CME泡底部的缓冲区,是观测上CME-耀斑电流片振荡或横向运动的一个起源;实际CME-耀斑电流片中的耗散区可以延伸到很大的尺度,并不像经典磁重联理论那样认为的耗散区只在很小一个区域中存在。

  该工作获得了中国科学院战略先导(A)类研究项目、国家自然科学基金委重点项目及国家自然科学基金委-中国科学院联合基金项目、云南省高层次人才培养支持计划-云岭学者项目、云南省太阳物理科学家工作室项目的支持。

  文章链接

图1. 在不同时刻,电流片附近电流密度 (彩色底纹) 及磁力线 (黑色实线) 的分布。

 

 
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