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研究发现磁重联可将光球物质加热到数万度
[ 录入者:admin | 时间:2016-06-23 10:58:24 | 作者: | 来源: | 浏览:539次 ]

文章来源:北京大学空间物理与应用技术研究所网站(http://www.space.pku.edu.cn 

 

太阳的低层大气(光球和色球)是由部分电离的等离子体组成的。相较于完全电离的等离子体,部分电离的等离子体中的磁场重联现象并未得到充分的研究。利用我国云南天文台抚仙湖观测基地的1米新真空太阳望远镜(NVST)和美国NASA的界面层成像光谱仪卫星(IRIS)这两个观测设备,我们对太阳上的一个正在往外浮现的活动区进行了密集的联合观测。通过分析亲自采集的科学数据,我们发现磁重联将光球约6000度的物质加热到约8万度的确切证据。而过去,学术界普遍认为光球磁重联仅能加热物质到不超过1万度。我们的观测结果为光球磁重联的理论和数值模拟研究指出了新的方向。


最常见的光球磁重联现象是所谓的埃勒曼炸弹”(Ellerman, ApJ, 1917)。它表现为谱线线翼(离线心1埃左右)瞬时增强而线心几乎没有变化。观测发现埃勒曼炸弹多与新浮现活动区中正负极性的磁场对消有关。过去近1个世纪的观测和理论研究都表明,埃勒曼炸弹是发生在光球的磁重联现象,其温度不会超过1万度。


“IRIS炸弹IRIS卫星最近在太阳低层大气中发现的局地磁场重联事件(Peter, Tian, Curdt, et al. Science, 2014)。远紫外光谱观测结果表明,重联将物质加热到了至少8万度。单从成像数据中看,这些“IRIS炸弹的形态与埃勒曼炸弹比较类似。然而由于IRIS卫星没有的观测,我们无法研究二者之间的联系。


我们让IRISNVST这两台仪器同时对准太阳上的一个浮现活动区,通过富有成效的联合观测,我们获取了这个活动区里的远紫外光谱成像数据和线心线翼数据。通过分析数据,我们发现这个活动区里有十个“IRIS炸弹,约三十个埃勒曼炸弹。它们之间有六个是重合的。因此,我们的联合观测结果表明,部分埃勒曼炸弹可以被重联释放出来的能量加热到约8万度,从而表现出“IRIS炸弹的观测特征。我们的研究还发现,这六个与埃勒曼炸弹相联系的“IRIS炸弹与另外四个与埃勒曼炸弹无关的“IRIS炸弹具有截然不同的光谱特征。比如,在这六个与埃勒曼炸弹相联系的“IRIS炸弹中,禁线O IV 1401 Å1399Å消失或者很弱,色球吸收线如Ni II 1393Å1335Å非常强,Mg II kh线的线翼明显增强而线心无明显变化,近紫外连续谱明显增强,明显的Mn I 2795Å吸收线叠加在增强的Mg II k线翼上,S I 1401Å谱线的形状变得跟Mg II kh线类似,这些观测特征进一步支持了这些“IRIS炸弹产生于光球的观点。而在另外四个“IRIS炸弹中,这些特征均没有或者不明显,表明它们产生的高度在光球以上。


我们的研究结果确切地表明,光球磁重联可将物质加热到数万度,从而在光球中形成一个嵌套的瞬时过渡区,再次表明水平分层的静态太阳大气模型不能描绘太阳上的小尺度动力学过程。我们的文章指出,光球磁重联的理论和数值模拟研究需作修正,才能与我们的观测结果吻合。

 

该成果发表在The Astrophysical Journal(Tian et al. 2016, ApJ, 824, 96)。研究工作得到了青年千人计划启动基金、国家自然科学基金委面上项目以及空间天气学国家重点实验室开放课题的支持。论文的合作者分别来自北京大学空间物理与应用技术研究所、云南天文台抚仙湖观测基地的NVST望远镜团队,以及美国哈佛-史密松天体物理中心的IRIS卫星团队。

论文链接:http://iopscience.iop.org/article/10.3847/0004-637X/824/2/96

抚仙湖1米新真空太阳望远镜网址:http://fso.ynao.ac.cn/cn/index.aspx

IRIS卫星网址:http://iris.lmsal.com

 

ARE IRIS BOMBS CONNECTED TO ELLERMAN BOMBS?

Hui Tian, Zhi Xu, Jiansen He, Chad Madsen

ABSTRACT

Recent observations by the Interface Region Imaging Spectrograph (IRIS) have revealed pockets of hot gas (~2–8 × 104 K) potentially resulting from magnetic reconnection in the partially ionized lower solar atmosphere (IRIS bombs; IBs). Using joint observations between IRIS and the Chinese New Vacuum Solar Telescope, we have identified 10 IBs. We find that 3 are unambiguously and 3 others are possibly connected to Ellerman bombs (EBs), which show intense brightening of the extended Halpha wings without leaving an obvious signature in the Halpha core. These bombs generally reveal the following distinct properties: (1) the O iv 1401.156 Å and 1399.774 Å lines are absent or very weak; (2) the Mn i 2795.640 Å line manifests as an absorption feature superimposed on the greatly enhanced Mg ii k line wing; (3) the Mg ii k and h lines show intense brightening in the wings and no dramatic enhancement in the cores; (4) chromospheric absorption lines such as Ni ii 1393.330 Å and 1335.203 Å are very strong; and (5) the 1700 Å images obtained with the Atmospheric Imaging Assembly on board the Solar Dynamics Observatory reveal intense and compact brightenings. These properties support the formation of these bombs in the photosphere, demonstrating that EBs can be heated much more efficiently than previously thought. We also demonstrate that the Mg ii k and h lines can be used to investigate EBs similarly to Halpha, which opens a promising new window for EB studies. The remaining four IBs obviously have no connection to EBs and they do not have the properties mentioned above, suggesting a higher formation layer, possibly in the chromosphere.

 

IRIS卫星和NVST望远镜对一个浮现活动区的成像结果。

 

 

光球磁重联(“埃勒曼炸弹,中、右图)将物质加热到数万度(“IRIS炸弹,左图)的确切证据。

 

 

埃勒曼炸弹相联系的“IRIS炸弹中的典型IRIS谱形(黑色)。蓝色谱形代表宁静区的典型谱形。

 

 
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