“羲和號”再現太陽暗條爆發三維動力學過程
太陽表面的細長暗條變化多端。它們有時會突然消失，有時又會突然爆發，像其他太陽爆發活動一樣，給地球磁場帶來或多或少的干擾。
2月5日，記者從南京大學獲悉，該校太陽物理團隊基于“羲和號”全日面光譜成像，分別構建了一個太陽暗條和一個日珥的三維速度場。該研究成功再現了暗條、日珥等離子體物質的膨脹、拋射、回落、旋轉和分裂等現象。相關成果近日刊發于國際學術期刊《天體物理學雜志快報》。
“羲和號”觀測的太陽暗條、日珥的演化和爆發。受訪者供圖
“在高溫、稀薄的日冕中，懸浮著一些溫度較低、但密度較高的等離子體，它們靠太陽磁場支撐。”該論文的作者之一、“羲和號”衛星首席科學家丁明德教授告訴科技日報記者，從觀測的視角看，如果這些等離子體處在日面之上，在明亮的背景映襯下，就表現為一條偏暗的長帶，即為暗條；如果出現在日面邊緣，就仿佛在太陽側面勾勒出的“耳朵”，即日珥。
暗條可以穩定存在數小時，甚至數天，也可能突然爆發而被拋射出去，形成日冕物質拋射。爆發的暗條如果朝向地球傳播，可能會引發地磁暴，對近地空間環境中的高科技設備造成嚴重損害。因此，精確測量太陽暗條爆發的三維速度場，對于災害性空間天氣的預警和預報具有非常重要的意義。
“以往對于太陽的成像觀測只能得到暗條爆發在天空平面內的投影速度，無法確定其傳播方向和真實速度。”丁明德介紹，目前常見的觀測方法有兩種，一種是通過兩顆衛星從不同視角對太陽暗條進行觀測，并利用幾何方法得到其三維結構和演化。但是該方法具有很強的局限性，需要兩顆衛星具有相同的觀測波段并且同時觀測到爆發過程。另一種則是通過光譜成像，利用暗條譜線的多普勒頻移獲得視線方向的速度，利用成像獲得天空平面上的速度，即可構建其三維速度場。
“然而以往的光譜成像大多是基于地面大口徑的太陽望遠鏡，視場非常有限，很難覆蓋爆發暗條的完整區域。”丁明德說。
2021年10月14日，南京大學參與研發的我國首顆太陽探測科學技術試驗衛星“羲和號”成功發射。“羲和號”衛星的世界首次全日面Hα光譜掃描成像技術，為上述問題提供了更精確、更完整、更全面的解決方案。
丁明德介紹，“羲和號”可以在46秒內掃描全日面，獲得日面上任意一點的光譜信息。它的高精度光譜和成像數據使得系統性研究暗條爆發的三維動力學成為可能。
在此次研究中，團隊分析了2022年8月17日的日珥爆發和2023年5月8日的暗條爆發數據。“研究發現，這次的太陽暗條經過膨脹和上升階段后，最終以逆時針旋轉的方式回落到日面上，是一次失敗的爆發；而日珥則在經歷膨脹、上升、旋轉和分裂后，以160千米/秒的速度在傾斜于天空平面22度的方向上成功拋射出去。”論文的第一作者、南京大學深空探測科學與技術研究院助理研究員邱曄解釋。
“通過這次分析，我們就知道暗條和日珥的爆發規律是什么樣子了。例如它們拋射的速度是多少，向哪里拋射，是不是向著地球的方向拋射。”丁明德表示，隨著研究的深入，如果以后能觀測、構建更多的暗條和日珥的三維速度場，就可以提煉出暗條爆發的普遍規律，這將為后續系統性研究太陽暗條爆發的物理機制，以及空間天氣預警和預報提供重要參考。
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