耀斑是太阳大气中最为剧烈的能量释放现象，爆发能量来自积聚于日冕的磁自由能，通过磁重联过程被快速地释放。观测表明其中很大一部分能量（可达10%-50%）转化为高能粒子的能量，但粒子加速的物理机制尚不清楚。根据标准耀斑模型，当磁重联出流冲击到下方闭合磁环时，如果流速超过局地快磁声速则会在耀斑环顶产生一个快模激波，即耀斑终止激波（flare termination shock，如图一右图所示）。激波是空间中重要的粒子加速场所，且可得到幂律谱分布，因此磁重联驱动的终止激波在耀斑粒子加速过程中可能扮演重要的作用。

 本工作基于耀斑磁重联的大尺度磁流体力学模拟，通过数值求解Parker粒子输运方程来模拟高能电子的加速和传播过程。研究发现，大量电子可以被耀斑终止激波有效地加速、并被下凹的磁阱结构束缚于环顶，在低能段是一个幂律谱，与耀斑环顶HXR源的观测一致（如图二所示）。另外，当磁重联间歇性产生的等离子体团与环顶发生相互作用时，终止激波的位置和物理参数会发生很大变化，可动态调制电子加速效率，影响高能电子的空间分布和能谱等（如图三所示）。利用该数值模型的结果能进一步计算出高能电子激发的X射线和微波辐射，因此在解释耀斑非热辐射的有关观测现象方面具有重要应用，包括日冕多源或复杂结构、辐射强度和能谱随时间的快速变化等。

 本项研究工作是山东大学空间科学研究院与美国洛斯阿拉莫斯国家实验室、哈佛史密松天体物理中心、新泽西理工学院和亚利桑那大学等单位合作完成，得到了国家自然科学基金、中科协青年人才托举工程、山东大学（威海）青年学者未来计划、空间天气学国家重点实验室开放课题等项目的资助。相关研究结果已在美国《天体物理学杂志快报》发表，论文链接：

[1] Dynamical Modulation of Solar Flare Electron Acceleration due to Plasmoid-shock Interactions in the Looptop Region, Xiangliang Kong*, Fan Guo, Chengcai Shen, Bin Chen, Yao Chen, and Joe Giacalone, ApJL, 905, L16, 2020

[2] The Acceleration and Confinement of Energetic Electrons by a Termination Shock in a Magnetic Trap: An Explanation for Nonthermal Loop-top Sources during Solar Flares,  Xiangliang Kong*, Fan Guo, Chengcai Shen, Bin Chen, Yao Chen, Sophie Musset, Lindsay Glesener, Peera Pongkitiwanichakul, and Joe Giacalone, ApJL, 887, L37, 2019

 图一：Masuda et al. (1994, Nature)发现的环顶HXR源表明耀斑中磁能释放和粒子加速可能发生在日冕区域，但粒子加速的具体位置和机制仍不清楚。快速磁重联出流冲击到下方闭合磁环时形成的耀斑终止激波是一种可能的加速机制。

         图二：数值模拟结果：(a)位于耀斑环顶的终止激波和下凹的磁阱结构（红色曲线），(c-d)被加速的高能电子在不同能量上的空间分布，与图一中环顶HXR源的观测一致。

 图三：数值模拟结果：间歇性产生的等离子体团与耀斑环顶的相互作用使终止激波的位置和参数随时间发生很大变化（上图），造成高能电子数动态变化且在不同能量上的影响不同（下图）。