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日珥物质源自何方?
[ 录入者:admin | 时间:2017-02-07 10:48:05 | 作者:宋红强、陈耀 | 来源: | 浏览:781次 ]

在高温稀薄的日冕中存在着冷而密的等离子体物质。其在日面上时被称为暗条,而在太阳边缘时被称为日珥。公元前1400年我国甲骨卜辞中已有日全食时日珥的记录。最早的科学记载是瑞典人在1733年日全食时给出的,后来直到1842年才又在日全食时重新发现。日珥千姿百态,变化万千,可呈拱形、篱笆、树丛、浮云、喷流和火舌等形状。经过100多年的观测积累与研究,人们对日珥物性已有了很大的认知。但有关日珥的几个关键问题至今仍然是未解之谜。诸如支撑日珥等离子体物质的磁场位型是如何形成的,日珥物质又是源自何方?

关于日珥物质的来源问题,可以说众说纷纭,总结起来大致分为两类。一类观点可以称之为“他山之石”说,主张日珥主体物质来自日冕下方光球色球等低温区域,如有观点认为日珥中的冷物质是从光球下方直接浮现上来的浮现说;还有观点认为日珥是由光球冷物质沿磁流管以日浪、喷流等形式向上喷入日冕的注入说,这些冷物质在日冕中随后积累起来形成日珥;此外观测表明不少暗条是由色球蒸发-凝聚机制形成的色球蒸发-凝聚说;另一类观点则是“就地取材”说,主张日珥主体物质来自日冕,如有观点认为日冕高温气体虽然得到持续的加热,但同时它们也在不断向外辐射释能而致冷,如前者不足以抵消后者的能量损耗,日冕气体就会冷凝---降温的同时密度升高---而密度增高又会进一步强化辐射致冷---这一正反馈对应于热辐射不稳定性过程,并最终形成日珥冷凝说。

由于第一电离势(First Ionization Potential, FIP)效应的存在,日冕物质与光球物质中低/FIP元素的丰度比明显不同。如果日珥物质遵从“他山之石”说,则其元素丰度应与光球相近;反之,如果遵从“就地取材”说,则应接近日冕元素丰度。因此,测量日珥物质的元素丰度可以有效诊断日珥物质的起源。由于日珥是光学厚客体,如用光谱诊断日珥内部的信息需要考虑复杂的辐射转移过程,不利于给出准确的元素丰度信息。因此,我们试图在行星际空间中寻找爆发日珥的对应物以局地探测其元素丰度。

1998429日,位于日面中央的一活动区(NOAA 08210)产生了一个M6.8级的X射线耀斑,并伴有速度1000 km/s以上的对地晕状日冕物质抛射(Halo CME),经分析此爆发事件与该活动区的暗条爆发相关,如Fig.1 所示。对应的ICME51日到达L1点,并被WINDACE飞船几乎同时探测到。其包含的磁云结构内嵌有一明显的高密度、低电荷态的等离子体物质(Fig.2阴影区),经分析确认其为对应的日珥物质。Fig. 2给出了该事件中等离子体物质与磁场等的测量信息。我们着重分析了该事件中日珥的元素丰度,Fig. 3左侧阴影对应磁绳中的非日珥区,右侧阴影对应磁绳中的日珥物质区,(b)-(d)中的水平红色点线代表光球相应的元素丰度。可见日珥元素丰度更接近光球的元素丰度。因此,我们的研究结果为日珥主体物质起源的“他山之石”说提供了强有力的观测支持。






本项研究由山东大学联合国家天文台、密西根大学、北京大学、南京大学和乔治梅森大学等单位共同完成,已被The Astrophysical Journal Letters接收,将于近期发表。论文作者感谢中美两国国家自然科学基金和国家天文台太阳活动重点实验室开放课题的共同资助。

H.Q. Song, Y. Chen, B. Li, L.P. Li, L. Zhao, J.S. He, D. Duan, X. Cheng, and J. Zhang, The Origin of Solar Filament Plasma Inferred from in situ Observations of Elemental Abundances, ApJL, 2017.

链接:https://doi.org/10.3847/2041-8213/aa5d54

     https://arxiv.org/abs/1702.01215

 
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