外冕( > 1.5~2 Rs)中存在两种大尺度的电流片结构。一是始于冕流尖点上方、含于等离子体片内部并延至外日球层的电流片结构;一是在日冕物质抛射(CME)过程中,由于不同方向的磁力线随磁场结构的剧烈调整而被压扯在一起产生的CME尾随电流片结构,可见图1(a)和(b)。其中,(a)中示出了由LASCO/SOHO日冕仪拍摄到的CME图像,具有三分量结构(亮沿、暗腔与亮核),(b)图中箭头所指结构即为该CME尾随的电流片结构。该结构上连CME抛射体,下连CME后的loop结构。loop结构可由EIT仪器拍得的图像清晰看出,在图1(b)中红框图示,并已在1(c)放大。
日冕中电流片的存在为磁场重联的发生创造了有利条件。重联的典型产物之一是沿电流片流动的blob结构。图1(d)示出上述CME事件中观测到的一个正在外向运动的blob结构。
早在2009年,我们曾经统计分析了沿冕流上方电流片结构运动的blob的运动学特征,有关结果在ApJ(2009)和Solar Physics(2009)发表(见本站研究进展链接)。在本工作中,我们专门针对CME尾随的射线-blob结构的运动学特征进行了统计分析。下面将两类blob结构分别称为streamer-blob和CME-blob结构。
图1(a)图是CME发生过程中LASCO C2记录到的白光图,(b)图是18 :30 UT观测到的射线状结构,如箭头所指,叠加有EIT 195 Å在19 :13 UT观测到的图像,(c)图是图(b)中红色正方形区域放大后的结果,(d)是差分时刻为22日00:06 UT与21日23:54 UT的差分图,箭头指示出一个正在外向运动的blob结构。
研究表明,Streamer-blob结构与CME-blob结构相比,有着明显不同的速度变化趋势和取值范围,见图2。几乎所有的Streamer-blob的速度均随日心距离单调增加,而对于CME-blob,有50%是加速的,其余各有1/4是减速和基本匀速的;另外,Streamer-blob结构的运动速度显著低于CME-blob结构的速度。前者速度分布比较集中,变化范围较小,在同一日心距离上不同blob之间的速度变化不超过300 km/s。后者的速度分布比较弥散,相应变化范围更大,在同一高度上不同blob结构之间的速度差别可大至400-800 km/s。
根据上面的分析,我们可以得出两类blob结构是由性质和表现迥然不同的两种磁场重联过程产生的。它们的区别主要表现在以下三个方面:1)在观测表现上,两类重联过程所产生的blob结构的运动学特征,即速度取值范围和弥散程度及速度的径向变化剖面等完全不同;2)重联区域的日冕结构和磁场强度完全不同,Streamer-blob发生于冕流尖点及其上方区域,与尖点区域的物理性质密切相关,这里的磁场强度较弱;而CME-blob结构则产生于随CME爆发形成的射线状结构区域,这里的磁场强度较强;3)触发相应重联的物理过程也可能是完全不同的。Streamer-blob的产生机制与冕流尖点区域冕环的膨胀和延展有关。该延展过程可能引发了K-H腊肠模不稳定性,其非线性发展导致磁力线箍缩触发了有关的重联过程。而对于CME-blob结构对应的重联过程,则一般认为是由沿电流片发生的撕裂模不稳定性过程触发的。
图2黑色圆圈散点图表示45个CME-blob速度随日心距离变化图,红色十字散点图则表示106个streamer-blob的速度-日心距离关系图。蓝色曲线将两类blob的速度分布空间划分开来。
本研究还统计分析了CME尾随射线状结构的形态特征。结果表明:尾随射线状结构在3Rs处的角宽度平均值为3.5度(范围为2.1-6.6度),其寿命可从十几个小时到四十个小时不等。大部分射线结构均为非径向的,有少数在可观测时间内指向发生明显变化。
本研究成果已被Solar Physics接收,将于近期发表(Hong-Qiang Song, Xiang-Liang Kong, Yao Chen, Bo Li, Gang Li, Shi-Wei Feng, Li-Dong Xia)。该项研究获国家自然科学基金、山东省自然科学基金、空间天气学国家重点实验室开放课题基金和山东大学自主创新基金的共同资助。