日珥是悬在太阳大气中的高密度低温等离子体。有时从日珥结构存在向外延展的向上弯曲且狭窄明亮的弧状结构,一直延伸到日冕之中,因形似“牛角”而被称为Horn结构。日珥--horn结构常与日冕暗腔(coronal cavity:日面边缘呈椭圆形或半椭圆形的低密度暗区)同时出现。此时,日珥在暗腔底部区域,而horn结构则由日珥向外延展,勾勒出暗腔底部的弧状边界。一般认为,这种“日珥-horn-冕腔”系统是由扭缠磁力线构成的日冕磁绳结构(太阳爆发的能量载体)的一种观测表现。horn结构也一般被认为可用来勾勒磁力线走向,是日冕磁场的重要示踪物。
目前,horn的成因还存在很大争议。一种观点认为,horn可能是在高温日冕等离子体冷凝并形成低温日珥的过程中产生的。也有人认为horn可能是在磁绳外围磁界面处的重联电流片的观测表现。本文通过分析horn从日珥主体脱离向上运动、逐渐蒸发消失的过程,提出horn是冷的日珥物质在向日冕消失(蒸发)的过程中形成的。这是可用来解释horn形成的一种新的物理机制。
日珥结构中观测到了多种形式的振动,如平行暗条轴的大幅纵向振荡,垂直暗条轴的小幅快速振动等。这些振动模式对推测支撑日珥磁场信息有重要意义,构成了太阳物理学的一个重要研究方向---珥震学(prominence seismology)。最近的数值模拟(Luna et al., 2012, 2016)认为沿日珥轴运动的大幅纵向振荡主要由重力提供恢复力,可用由磁场结构与相应磁力提供支撑的单摆模型很好地解释。在我们的事件中,由于同时观测到了日珥的大幅纵向震荡和horn结构,因此可用horn结构推测磁场的曲率半径,从而判断单摆模型的正确性。我们发现单摆模型预测的日珥大幅震荡周期显著小于观测结果。我们讨论了多种造成此差异的可能原因。
本研究还发现了horn结构所支撑的横向小尺度短周期震荡。这是文献中首次报道此类震荡。该震荡与近期Luna等(2016)数值模拟中发现的global
fast normal mode形似,我们因此认为所发现的horn震荡属此类模式。
在该事件中,日珥随着horn结构消失而向上抬升,最后爆发形成日冕物质抛射(CME)。在此之前,我们观测到horn结构不断由日珥主体分离开来,向上移动并消散在日冕暗腔之中。由于horn结构可表示磁场力线,因此,这一过程表明日珥在向日冕中输送磁通量,是爆发前能量积累过程的观测的表现。
本工作《Dynamics of
a prominence-horn structure during its evaporation in the solar corona》由山东大学空间科学研究院、英国阿伯里斯特威斯大学物理系与美国斯坦福大学Stanford-Lockheed空间研究所的研究人员合作完成(Bing Wang, Yao Chen, Jie
Fu, Bo Li, Xing Li, and Wei Liu)已被Astrophysical Journal
Letters接收,将于近期发表(http://dx.doi.org/10.3847/2041-8205/827/2/L33)。感谢国家自然科学基金以及科技部973项目的联合资助。
图1展示日珥大幅值纵向振荡的AIA
304埃波段的时间距离切片。
图2不同时刻的几个horn结构。红色虚线圆弧可拟合求出horn结构的曲率半径,S2-S4用来制作下图展示的时间切片图。
图3沿着(S2-S4)时间距离切片图,展示本文发现的horn结构的准周期横小幅横向振荡。