今年太阳活动很活跃，云南天文台在耀斑研究方面取得新进展，发现了什么？

中国科学院云南天文台太阳活动和“日冕物质抛射”理论研究团组及合作者，运用多波段高分辨观测和数值模拟相结合的研究方法，为等离子体团不稳定性磁重联存在于太阳低层大气部分电离环境下提供了清晰而全面的证据。近期，相关研究成果发表在《天体物理学杂志快报》上。

提问于2024-06-06回答1

回答1

倪蕾

2024-06-06

今年是太阳活动大年，新闻上时不时播报“太阳耀斑”爆发的消息，耀斑往往伴随日冕物质抛射，进而导致地磁暴的发生。强烈的地磁暴会把极光带到低纬地区，前段时间，有人在北京河北一带拍摄到了极光。

图：网友拍摄到的“极光与长城共舞”美景。

耀斑是太阳和恒星大气中最剧烈的一种活动现象，大耀斑甚至能够释放几十亿颗巨型氢弹同时爆炸的能量，抛射出的大量高能粒子和强烈的电磁辐射对其周围的行星大气环境影响巨大。太阳耀斑会干扰地球磁场和高空电离层，对通讯信号、人造卫星和飞行器的正常运行、人类生产和生活造成不同程度的影响。

为什么耀斑能够快速释放巨大的能量？

太阳大气中充满着等离子和磁场这两种物质，耀斑爆发过程中相反方向的磁力线相互靠近，随后磁场的拓扑结构发生改变，相反磁力线中间形成强电流，这个过程中磁能转化为等离子体的体动能、热能并加速粒子，该过程也被称为磁重联，是宇宙中磁能释放的基本物理过程之一。

图：耀斑磁重联位型

由于太阳大气比较稀薄，并且太阳爆发活动的尺度通常很大，经典的单个重联X点的稳态磁重联模型无法解释太阳耀斑的剧烈、快速的能量释放过程。

理论和高精度的数值计算结果表明耀斑磁重联过程中通常会发生等离子体团不稳定性，磁重联电流片将被撕裂形成无数更小尺度的碎片电流片和多重联X点，今年太阳活动很活跃，云南天文台在耀斑研究方面取得新进展，发现了什么？磁重联的效率将被大大提高，从而较好地解释太阳爆发的快速磁能释放过程。

此外，等离子体团不稳定性的级联过程是连接大尺度爆发和最终小尺度磁能耗散的关键桥梁。

图：地磁尾磁重联位型

在等离子体实验室、地磁层已经探测到了等离子体团不稳定性磁重联的存在，大量的高分辨率观测数据也发现了位于高温日冕的耀斑电流片中存在远离和朝向太阳表面运动的等离子体团结构。

大小耀斑起源的物理机制一样吗？

太阳大气中不仅存在十万公里尺度、几百万度高温的大耀斑，高分辨率的地面望远镜还发现，在低层大气中也存在着大量的只有几百公里尺度的低温小耀斑，由于它们频繁地、大量地出现，在加热太阳大气方面扮演着重要角色。

由于观测手段的限制，这些小耀斑对应的磁重联电流片结构很难被观测到。太阳低层大气温度只有几千度，充斥着大量的中性粒子，只有极少部分的带电等离子体，在这种弱电离的低温环境下，是否也存在等离子体团不稳定性导致的湍流磁重联过程？这些低温小耀斑与高温大尺度耀斑的磁场结构和模型是否一致？

我们运用美国大熊湖天文台的高分辨率Hα波段的观测资料，联合太阳动力学天文台的观测数据和高精度的数值模拟，对一个横跨太阳低层大气和低日冕区域的小尺度磁重联事件进行追踪和诊断。

在一个长约两千公里的小尺度电流片中，我们在Hα线翼（对应着几千度的低色球）的成像观测中发现了尺度约为150公里的等离子体团状结构，其向下运动，最大速度为24公里每秒，随后与磁重联后环区域作用，导致该区在多个波段增亮形成小耀斑。

我们完成了耀斑爆发机制的统一解释

宇宙中充斥着大量的非完全电离的等离子体，我们这一发现为弱电离环境中等离子体团不稳定性磁重联的存在提供了清晰而全面的观测证据，推动了非完全电离环境下磁重联机制的研究。同时，该研究也为等离子体团不稳定性普遍存在于太阳爆发活动以及从低色球到日冕中不同尺度的太阳耀斑统一模型补上了关键的一环。

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发稿人：《各地最新时事在线》总编辑：高山旗手