近日，山东大学空间科学攀登团队的“从太阳风暴到地球极光”集成攻关创新团队在太阳耀斑后相影响电离层状态方向取得系列新进展。相关成果发表于国际期刊《The Astrophysical Journal Letters》与《The Astrophysical Journal》。论文第一作者为博士生刘宣青，通讯作者为刘晶教授。合作者包括团队成员陈耀教授、张清和教授、孔祥良教授与李书翰博士、美国国家大气研究中心钱丽英研究员、美国科罗拉多大学Phillip C. Chamberlin 教授以及香港大学研究助理教授陈俊杰等。

耀斑的演化通常可分为三个阶段：前相、上升相和恢复相。近年来，通过太阳动力学天文台 (Solar Dynamics Observatory) 的观测数据，科学家发现一些耀斑事件还包含一个额外阶段，即耀斑后期的EUV辐射再度增强，称为EUV后相 (见图1(a))。我们先前的研究表明，耀斑后相显著影响电离层电子密度与电流体系，但其中蕴含的相关物理机制有待探究，以深化对具有EUV后相太阳耀斑如何改变地球空间环境及类似行星系统中复杂光化学和电动力学过程的理解。

为探究电离层电动力学如何响应耀斑EUV后相，我们使用来自地面磁力计观测数据以及电离层-热层耦合模型TIEGCM模拟结果，来分析2017年9月6日X9.3耀斑主相与后相期间电离层变化情况。观测表明，在耀斑后相峰值期间，日侧东向赤道电急流相比平静日参考值增强约12 nT (如图1所示)。与耀斑主相期间日侧电场减弱不同，耀斑后相导致日侧东向电场增强。例如，向上的E×B等离子体漂移在耀斑主相期间降低2.5 m/s，而在耀斑后相期间增加0.75 m/s。这是由于电离层电导率在不同高度对耀斑后相的响应调节了E层与F层风场发电机对纬向电场的相对贡献，导致耀斑后相期间日侧东向电场总体增强。此外，电场和电导率增强的综合效应进一步促进了耀斑后相期间赤道电急流的增强。

图1. (a) 波长为0.1-0.8 nm X射线和33.5 nm EUV辐射通量; (b) A11 (geographic 1.45°S, 48.45°W, geomagnetic 0.44°N)与KOU (geographic 5.21°N, 52.73°W, geomagnetic 8.62°N) 台站之间的地磁水平分量 (H) 差异计算的东向赤道电急流；(c, d) 模拟A11区域纬向高度积分电流密度 (Jx，正向为东)。灰色虚线表示耀斑开始 (11:53 UT) 与EUV后相峰值 (13:53 UT)。MP = 耀斑主相；ELP = EUV后相。

我们进一步使用电离层-热层耦合模型TIEGCM模拟2012年10月23日X1.8耀斑主相与EUV后相期间，受真实太阳光谱驱动的电离层电子密度变化。观测与模拟表明，在EUV后相期间，日侧电离层TEC增幅约为耀斑主相期间的两倍，并且增加的电子密度集中在电离层F层。模型分析表明， F层电子密度的增强和恢复与EUV后相的时间变化并不完全一致，EUV后相的存在使电子密度恢复延长了约9小时 (如图2所示)。此外，后相期间电子密度的增强主要由光化学过程驱动，而其恢复主要受电场输运效应控制。因此，EUV后相在整个太阳耀斑事件期间具有重要影响，不容忽视。

图2. X1.8级耀斑期间，赤道日下点附近 (117.5°E, 1.25°N, UT ≈ LT + 8) 电子密度随高度和时间变化情况。第一行：有耀斑和无耀斑以及二者差异 (主相与后相共同效应)；第二行：完整耀斑效应与只包含EUV后相效应以及二者差异(主相效应)；第三行：完整耀斑效应与只包含主相效应以及二者差异 (后相效应)。虚线为耀斑开始时刻 (3:13 UT) 和后相峰值时刻 (4:45 UT)。

自2020年以来，我们围绕太阳耀斑的地球空间效应研究取得重要研究进展，系列研究成果发表于《Nature Physics》，《The Astrophysical Journal Letters》，《JGR: Space Physics》等期刊。以上研究得到了中科院B类先导专项、国家自然科学基金，国家重大科技基础设施建设专项—子午工程等项目任务的资助。

论文链接：

Liu, X., Liu, J.*, Chen, J., Qian, L., Chamberlin, P. C., Chen, Y., Kong, X., and Li, S. (2024). Impacts of Extreme Ultraviolet Late Phase of the Solar Flare on Ionospheric Electrodynamics. The Astrophysical Journal Letters, 974(1), L19. https://doi.org/10.3847/2041-8213/ad7ba5

Liu, X., Qian, L., Chamberlin, P. C., Chen, Y., Kong, X., Zhang, Q.-H., Li, S. and Liu, J.*. (2024). Data-driven Simulation of Effects of a Solar Flare with Extreme-ultraviolet Late Phase on Ionospheric Electron Density. The Astrophysical Journal, 974(2), 157. https://doi.org/10.3847/1538-4357/ad6ddf

相关文献：

Liu, J.*, Qian, L., Wang, W., Pham, K., Kong, X., Chen, Y., et al. (2024). Energy Deposition into the Ionosphere during a Solar Flare with Extreme-ultraviolet Late Phase. The Astrophysical Journal Letters, 963(1), L8. https://doi.org/10.3847/2041-8213/ad250b

Liu, X., Fan, X., Liu, J.*, Kong, X., Chen, Y., Li, Q., et al. (2024). Response of Global Ionospheric Currents to Solar Flares with Extreme Ultraviolet Late Phases. The Astrophysical Journal, 963(1), 27. https://doi.org/10.3847/1538-4357/ad1930