作为等离子体集体行为的表现形式,波动现象是等离子体-磁场系统对外在扰动最直接、基本的响应方式。太阳大气是一个非常动态的磁场--等离子体体系,所以很自然地,人们认为其中可承载各种形式和尺度的波动现象。近年,随着观测技术的进步,确实在太阳大气中证认出了多种形式的波动行为。例如,在冕羽之中观测到了向外传播的慢模密度扰动(Ofman et al., 1997, 1999; DeForest & Gurman, 1998),冕环中探测到了传播的波列(wave trains),以及太阳爆发现象所引起的冕环振荡(Aschwanden M J et al. 1999; Nakariakov V M et al. 1999)、日冕激波等。此外,还有对于是否为波动现象尚存争议的所谓Moreton波和EIT波等。对所有这些现象的观测和理论的研究为我们了解波动的传播媒介即日冕中的磁场-等离子体结构的物理参数,特别是磁场的性质(注:目前仍无有效技术手段探测日冕磁场),提供了非常有价值的信息(e.g., Aschwanden, 2004 and references therein)。
在延伸日冕(extended corona)中,盔状冕流(helmet streamer)是最明显的大尺度准稳态结构。发育较好的冕流与周围等离子体之间存在一个比较锐利的边界,俗称冕流的亮度边界(brightness boundary)。除了该亮度边界区域外,一个典型的冕流结构还包括闭合磁区、冕尖(streamer cusp)区域及上方高密度等离子体片(plasma sheet)及嵌于其中的狭长的电流片(current sheet)。另一方面,日冕物质抛射现象(Coronal Mass Ejection: CME),是大尺度上的日冕结构的动态爆发过程。因此,经常可以观测到CME与一个或多个冕流发生强烈的相互作用。
既然波动现象是等离子体—磁场结构对外界扰动的自然响应。那么,CME的强有力冲击,是否可以激发出由冕流结构体所承载的波动行为呢?本文针对2004年7月5日-7日间LASCO记录到的两次非常有趣的快速CME—冕流相互作用的事件分析工作为该问题提供了一个肯定的答案。
在事件中, CME抛射体将冕流结构整体上推离了原先的平衡位置;随后,冕流结构在自身磁恢复力(magnetic restoring force)的作用下作往返运动,并由此激发出沿冕流的等离子体片向外传播的MHD kink快模。这两次事件是由相隔约1天的两次CME作用于同一冕流结构之上而激发的。数据分析表明,冕流波动的周期约一小时,波长在2-4个太阳半径之间,振幅大约有零点几个太阳半径,相速度在350至500公里每秒之间变化。这些观测给出了目前在日冕中发现的最大尺度的波动现象,为研究日冕中的波动现象提供了非常好的范例,并可拓展至冕震学方面的研究,以诊断冕流区域的磁场和等离子体的物理参数。所发现的波动现象(图一)与东方传统舞蹈“彩带舞”(图二)形似,相关物理过程的卡通示意图示于图三之中。研究结果已被美国《天体物理学研究》杂志(the Astrophysical Journal,影响因子6.4)接收,将于近期发表(Chen et al., 2010)。