中國天文學家在磁通量浮現導致日冕磁場結構災變的研究方面獲進展


中國科學院雲南天文台太陽活動和日冕物質拋射理論研究團組以碩士研究生陳雨豪與葉景博士、梅志星副研究員團隊研究磁通量浮現導致日珥結構橫移的物理過程,結果顯示新浮磁通量會引發日冕磁場的不對稱性,在這樣複雜的磁場結構下,日冕中的暗條結構依然會發生災變現象。

太陽爆發是太陽系中最劇烈的能量釋放過程,一次典型的爆發活動相當於幾十億顆巨型氫彈同時爆炸。災變理論是解釋太陽爆發的主流理論之一,描述了處於穩態的暗條結構在光球演化的驅動下逐漸失衡的物理機制。 過去二十年,雲南天文台林雋等人成功地給出了磁流浮現驅動太陽爆發的理論災變模型,但為了得到解析解,該模型過於簡化。 為了能理解複雜的太陽爆發過程,在更真實的物理條件下研究磁流浮現能否導致暗條的災變過程是非常有必要的。

研究人員進行平面的磁流體動力學數值模擬,該模擬中的磁場結構沒有對稱性,因而磁繩(magnetic flux rope)可以在任意方向移動。 結果顯示,當磁繩半徑比較小時,磁繩可以在初始位置處快速調節到新的平衡,並且可以隨著磁場的浮現準靜態地演化,當磁繩演化至某一臨界點時,災變發生。

當磁繩半徑比較大時,磁繩找不到任何的平衡。災變發生時,兩個電流方向相反的電流片以不同的形式形成(上圖),當磁繩失衡後向上運動時,磁繩會拉伸周圍方向相反的磁力線使之相互靠近形成第一個電流片;當磁繩向周圍運動時擠壓了附近的磁場又會形成第二個電流片。兩個電流片內的磁重聯影響了磁繩的受力過程,最終造成了失敗的爆發。 這些結果表明,當磁場是非對稱的且考慮非無力場效應時,災變依舊會發生,其後果是磁繩的橫移或非徑向爆發。

【圖、文:節錄自中國科學院雲南天文台網頁;新聞資訊由林景明提供】研究全文刊登在2022年7月11日出版的《天體物理學報》 ;標題是:Numerical Investigations of Catastrophe in Coronal Magnetic Configuration Triggered by Newly Emerging Flux

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