中國天文學家利用多視角觀測揭開日珥氣泡的立體磁場結構

暗條/日珥是懸浮於太陽高溫稀薄大氣中冷而密的等離子體雲。當其位於日面上時，在Hα波段上表現為暗的吸收結構，被稱為暗條（Filament）；而當其位於日面邊緣時，則表現為亮的發射結構，稱作日珥（Prominence）。最近的日面邊緣觀測發現，在明亮日珥的下部常出現一些半圓形的空缺區域，並與上方日珥之間形成清晰的連續拱狀邊界，這一現像被稱為氣泡（Bubble）。而在氣泡邊界處，經常會產生向上進入日珥內部的小尺度羽流（Plume）。研究顯示，這些氣泡和羽流可為其上方的日珥系統持續地提供並累積磁通量（magnetic flux）和磁螺度（magnetic helix），導致日珥的爆發，從而造成可嚴重影響近地空間環境的日冕物質拋射。

儘管目前研究普遍認為，氣泡的形成和日珥下方的浮現磁場有關，而由於基於日面邊緣觀測或數值模擬，這些研究缺乏關於日面光球磁場的直接觀測證據。因此，如能找到當日珥氣泡位於日面上時的對應結構（On-disk Bubble），即可結合此時的光球矢量磁場觀測與多視角成像觀測，更好地揭開氣泡的立体磁場位型及其形成和演化機制。

中國科學院國家天文台博士研究生郭懿琳、副研究員侯義軍、研究員李婷，與安徽大學教授張軍合作，使用新的真空太陽望遠鏡的高質量觀測數據，首次在日面Hα觀測中找到一個位於暗條倒鉤附近的具有拱形明銳邊界的日珥氣泡（上圖）。結合SDO和STEREO-A兩顆衛星的雙視角成像觀測數據，科研人員重構出該氣泡邊界的三維輻射結構，得其最大高度約為15.6 Mm。此外，基於日面日珥氣泡下方的光球矢量磁場觀測，研究利用非線性無力場外推的方法，進一步構建出氣泡的立體磁拓撲（magnetic topology）結構。根據氣泡附近立體磁場計算所得的Q值分佈圖，揭露一個拱狀磁場分界面的存在，該磁分界面在形狀和高度上與氣泡邊界的立體輻射結構高度吻合，且其下方存在一組排列有序地紮根於氣泡附近光球磁場聚集區的磁環。結果表明，磁環結構與其上方的日珥（暗條）磁凹陷（倒鉤）相互作用形成氣泡，它們之間的磁分界面在空間上則對應於氣泡的邊界。

研究顯示，日面日珥氣泡在日面觀測中有可能不是一個稀有現象：若在暗條倒鉤下方存在一個磁場聚集區，那麼，紮根於該磁場聚集區的磁環將與倒鉤相互作用形成氣泡。此外，日面日珥氣泡的發現和後續的相關研究，將有望直接回答氣泡是否由日珥下方的新浮磁通量產生，這個日珥研究領域的關鍵問題，對於進一步揭開日珥磁場和動力學演化具有重要作用。

【圖、文：節錄自中國科學院國家天文台5月12日新聞公佈；新聞資訊由林景明提供】 研究全文刊登在2021年4月13日出版的《天體物理學快報》