日地物理研究团队揭示太阳磁绳的结构和形成过程

太阳爆发活动是太阳日冕大气中发生的持续时间短暂、规模巨大的能量释放过程，其喷射的物质和能量到达近地空间后，可引起地球磁层、电离层、中高层大气等空间环境的强烈扰动，对当今人类社会的所有技术系统都有可能产生灾害性影响。磁绳由一组螺旋形的磁力线组成，是太阳爆发活动的核心结构，也是探索太阳爆发物理机制的一把“金钥匙”。然而，由于目前的观测手段只能获得太阳表面——光球的磁场，对磁绳的研究主要依赖于多波段遥感成像等“间接”手段；只有当爆发的磁绳到达地球时，我们才能借助近地卫星，一窥其“当地”的磁场和等离子体结构。

刘睿教授等人研究磁绳的两个共轭“足点”在太阳表面的演化：从耀斑带远端的亮点向外扩展为不规则的亮环，而亮环内部的等离子体沿磁绳磁力线逃逸到行星际空间，导致亮环上方的日冕出现暗化的“空洞”——这一过程强烈暗示磁绳在爆发过程中形成，使得测量磁绳的轴向磁通和环向磁通随时间的演化成为可能，从而可推出磁绳内部的磁场扭缠的分布：内部磁场高度扭缠，由内向外扭缠度降低。这些结果在磁绳三天后到达地球时得到近地卫星观测数据的支持。这一工作为进一步研究磁绳形成的物理机制提供了新的思路和途径。

该研究工作得到了国家自然科学基金、中国科学院重点研究计划等的资助。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-017-01207-x

图1：“太阳动力学观测站”(SDO) 飞船上的“大气成像系统”(AIA)于2015年11月4日观测到的磁绳足点。(a)紫外 1600埃波段观测到的耀斑带。磁绳足点位于两条耀斑带远端的不规则亮环内，由红色虚线方框标出；磁场为正极的足点标记为FP+，负极足点标记为FP-。(b–d) 和(f– h) 分别显示FP-和FP+由亮点演化为不规则亮环的过程。(e)和(i)为极紫外304埃波段的差分图像，黑色显示因等离子体沿磁场向外逃逸而变暗的区域，这些区域也在(d)和(h)中显示。图中坐标单位为角秒，太阳表面1角秒约等于725公里。