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云南天文臺對太陽爆發中日冕擾動的研究獲新進展
2019-11-05  |  作者:  |  【  】 【打印】 【關閉

  中國科學院云南天文臺“太陽活動及CME理論研究”團組博士研究生謝小妍及其合作者,通過磁流體動力學(MHD)數值模擬來探究太陽爆發過程中產生的擾動。他們近期發表在英國《皇家天文學會月報》(Monthly Notices of the Royal Astronomical Society)上的研究成果,呈現了前人關于波動的模擬工作中未呈現的重要特征。

  太陽爆發常常會在太陽大氣中產生各種擾動,大尺度的擾動在觀測上表現為色球Moreton波、日冕遠紫外(EUV)波。這些波的許多奇特特征極大地豐富了太陽物理學的研究內容,不僅能使我們對太陽爆發的物理本質有更透徹的理解,也提供了診斷日冕等離子體的新窗口。

  謝小妍等人在太陽爆發災變模型的基礎上,通過MHD數值模擬探究了太陽爆發過程中的擾動現象,尤其是一些大尺度擾動產生的原因。他們發現除了在過去的數值實驗中出現的擾動現象之外,還有一些新的現象發生。爆發過程中向外運動的磁結構會在其前方激發出快模激波。快模激波一邊前進一邊向四周快速膨脹。當它膨脹至底邊界時,與底邊界相互作用,形成Moreton波,同時激起回波。

  通過模擬與觀測的對比,謝小妍等人首次提出了證認回波的方法,并進一步表明回波確實可以被觀測到,證實了EUV波的“真波”本質。根據實驗結果,他們還發現在系統演化過程中,一部分的等離子體在回波后方堆積,在低日冕區形成一個等離子體的“堆積面”(Pile-up, 圖1)。

  該發現的意義在于:一方面,“堆積面”的形成高度和運動特征與EUV波段觀測到的快速CME在給定高度上產生的擾動非常相似,兩者出現的高度基本一致;另一方面,“堆積面”跟在Moreton波的后面向外傳播,速度大約是Moreton波的1/3,這與有些EUV波的速度與Moreton波速度之比也完全一致。結果表明這個等離子體堆積面也是EUV波的一個源區。利用數值模擬得到的數據,他們進一步重構了在不同波段可以被“觀測”到的圖像。結果顯示,在不同波段上“觀測”到的EUV波的特征有所不同,與實際觀測結果符合得很好。

  該工作獲得了中國科學院戰略先導(A)類研究項目、國家自然科學基金委重點項目及國家自然科學基金委-中國科學院聯合基金項目、云南省創新團隊項目、云南省萬人計劃-云嶺學者項目、以及中國科學院國際人才計劃項目的支持。

  論文鏈接

  

  圖1. t =476.9 s 時,系統部分的密度分布((a)中的彩色底紋)和等離子體速度散度的分布((b)中的彩色底紋),

  其中黑色的實線是磁力線。激波、回波、“堆積面”結構在圖中都被分別標識了出來。

  

 
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