中国天文学家在湍流持续加热爆发磁绳的研究中获进展

中国科学院云南天文台叶景博士及其合作者的最新数值模拟工作。 该工作基于太阳爆发灾变标准模型，发现了磁绳（magnetic flux rope）在失稳上升后远离太阳表面依然被强烈地加热的现象及日冕物质抛射（coronal mass ejections，简称 CME）周围相关的波状结构，对日冕物质抛射底部的湍动等离子体特征提供了更深入的理论解释。

太阳爆发是太阳系中最剧烈的活动现象，其中相当于几十亿颗巨型氢弹同时爆炸的能量，通过磁重联过程被快速地释放出来。 观测发现，磁绳在爆发后背离太阳的演化过程中依然被强烈地加热。 其可能的机制有电流片内的重联加热、纽缠不稳定性、小尺度磁重联、波加热、热传导、高能粒子、暗条中的反向流和欧姆加热等。 然而，哪些机制是主导日冕物质抛射泡的加热过程的，仍然是未解之谜，亟需进一步研究。

叶景等人利用2.5维高分辨率的磁流体动力学（Magnetohydrodynamics）模拟加入更真实的热传导过程，发现了重联出流中的磁流体动力学湍流可以持续地把日冕物质抛射底部的等离子体加热到更高的温度，为加热日冕物质抛射提供了相当大的
能量。 在热传导和慢模激波共同作用下形成了极紫外图像中复杂的日冕物质抛射泡的观测特征（上图）。 同时，他们也发现日冕物质抛射底部的湍流会被终止激波进行一定程度的增强。 虽然日冕物质抛射底部的终止激波的压缩率有时候甚至会超过4，但这样显著的激波结构依然在太阳动力天文台（Solar Dynamics Observatory，简称 SDO）的多波段图像难以准确的探测到。

另一方面，在磁绳上升过程中，其尾部持续地产生周期性波列，其产生机制跟日冕物质抛射底部不断形成的倒阴叉结构有关。 结果表明，湍流是产生日冕物质抛射周围的强波列结构及其周期性的重要来源。

虽然他们模拟中日冕物质抛射底部的致密的热等离子结构仍然未被太阳动力天文台的观测证实，但有可能可以在许多X级耀斑相关的快日冕物质抛射事件中用紫外日冕分光仪观测数据探测到。 比如，2002年4月21日的事件中，有观测发现在磁绳底部有铁13谱线的响应，这可能就跟湍流加热相关。

【图、文：节录自中国科学院云南天文台2021年3月8日新闻公布;新闻讯息由林景明提供】研究全文刊登在2021年3月4日出版的《天体物理学报》

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