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SOHO与日出卫星提供太阳爆发的新知

文章发布时间:2015/5/26 18:34:45



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原文标题:SOHO and Hinode Offer New Insight Into Solar Eruptions

作者:Karen C. Fox

原文来自:NASA

Posted: 2015. 1. 22

编译:Melipal 审校:数星星的猫(编译版权所有,未经许可请勿转载)

太阳拥有太阳系中规模最大的爆发。举例来说,它会例行产生名为日冕物质抛射的巨型喷发,在此期间数十亿吨的太阳物质从太阳上抛出,喷入太空,冲向太阳系的边缘。科学家知道,这样的抛射现象(也就是CME)是由太阳上积累的磁场能量突然释放导致的。但是人们并不知道让能量积累并触发能量释放的细节原因。

科学家正在尝试了解太阳大气中巨型爆发的成因,上图就是一个例子,该事件发生在2012年10月14日,照片由NASA的太阳动力学天文台拍摄。(图片提供:NASA/SDO/Amari)

发表在2014年10月23日《自然》杂志上的一篇论文使用了NASA卫星提供的数据,给出了一个例子,说明了某种名叫磁通量绳的结构是如何随着时间推移积累起来,直到状态变得过于不稳定,最微小的扰动也可以让它飞散开去的过程。了解CME的触发机制不仅对于更好地了解太阳来说是至关重要的,而且也为预测可能发生的大规模爆发奠定了基础。

《自然》论文的第一作者、来自法国综合工科学校的塔哈尔·阿玛里(Tahar Amari)说:“我们考察了2006年一次得到了仔细研究的CME。我们知道这次CME有诸多可用的数据,人们也已经进行了许多分析,不过没有人给出过发生过程的全面图景。”

阿玛里及其同事使用了一种传统的气象学手段来考察这一事件。他们采集了CME之前数日的观测数据,来追踪这一事件是如何随着时间推移而增长的。他们使用了欧洲空间局和NASA合作的太阳和日球层探测器(SOHO)以及日本宇宙航空研究开发机构和NASA合作的日出卫星获取的数据,以及巴黎—墨冬天文台的观测结果。

科学家构建了上述模型,来考察2006年12月13日巨型太阳喷发(也就是日冕物质抛射)发生前的磁场情况。图中的橙色线条描绘出了磁力线,而灰色线条表示磁通量绳,在爆发前数日,它积累了起来。(图片提供:Amari/Ecole Poytechnique)

小组希望知道,他们能否将两大类关于磁能积累的理论区分开来。第一种模型描述的情形是,太阳上一系列的磁力线弧(磁拱)是每次活动区CME的起点。磁拱顶端存在一处脆弱的地点,下方的能量在足够强的情况下可以从这里爆发而过。在爆发期间会形成一道磁通量绳,在CME从太阳涌出后可以在内部看到它。

第二种模型认为,磁通量绳在CME爆发前即已存在。这种理论不需要任何的脆弱点。相反,磁通量绳积累起愈来愈多的能量,变得愈发不稳定,直到太阳上的扰动让它将能量释放到宇宙空间为止。

阿玛里及其小组使用了日出卫星获取的太阳表面磁场数据,不过他们还需要太阳大气(也就是日冕)中的磁场数据,日冕受自身磁场影响很大。

阿玛里说:“日冕温度极高,大多数用于测量磁场的手段在这里都不适用。因此我们发展了一套有效且精确的模型,来根据太阳表面的数据以及支配活动区上方低层日冕物理过程的公式计算这里的磁场。”

小组凭借这两组数据,考察了2006年这次CME爆发之前4天的情况。他们看到了积累中的磁场能量,很明显,有些东西正在涌现出来。然而磁通量绳只是在最后一天发展出来的,那时它才有了足以驱动CME爆发的能量。此时某些小的扰动轻轻一推,就足以让通量绳爆发了。

2006年12月导致太阳上一次日冕物质抛射的巨型磁绳爆发模型。模型表明,在爆发前数日,磁场逐渐积累。(图片提供:Amari/Ecole Poytechnique)

阿玛里说:“在这种情况下,能量的释放并不需要借助大气高层中的脆弱点。相反,它需要某种能量的临界值,基于太阳上磁场活动区所见的情况,我们可以将这个数值计算出来。在此之下的磁场会保持宁静,之上则可能会发生喷发。上升的通量绳还存在一个临界高度,通量绳上方的磁环在此高度以上无法将其束缚住。”

小组研究了这次事件的初始条件,并将信息输入小组发展的另一套动力学模型中。模拟结果反映了实际所见的场景,只有当最后一天达到了临界能量和高度后,爆发才会发生。

阿玛里指出,这场CME在爆发前拥有通量绳,但这并不意味着其他CME无法通过其他物理条件的剧变爆发开来。不过它明确说明了太阳上存在的某一种机制。

通过测量计算太阳上的磁场,再结合确定如何测量导致CME爆发的临界点,这篇论文提供了新的途径,可以让人确定太阳上给定任意活动区爆发的可能性。

(全文完)




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