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实验室科研人员揭示太阳活动区日冕磁场对日冕物质抛射传播方向的决定作用

2015年10月22日 星期四 16:03:31

2014年1月7日太阳活动区NOAA 11944(S09W01)产生了快速的晕状日冕物质抛射(CME)并伴有X1.2级的耀斑产生(S12W08)。该事件被预计正面撞向地球后将会引起G3级以上的地磁暴,然而事实上该CME并未到达地球,而是偏向了距离地球西向51°的火星。Mostl et al.(2015)就此次空间天气事件对日地空间的传播方向进行全方位系统的研究,并在《自然》(Nature)子刊 -《自然通讯》上发表文章,并提出“传播通道”(channelling)的概念,认为CME的偏折发生在近日高度并且可能受到周围磁场的约束沿着特定的通道来传播,然而他们并未给出近日磁场的有力证据。中科院空间天气学国家重点实验室的王瑞、刘颍(通讯作者)等人延续这一工作,并且进一步扩展,通过更多的近日观测证据来支持这一观点,并证明活动区磁场对CME传播通道的形成起到重要作用。这一工作发表在美国SCI核心期刊The Astrophysical Journal上。

此次研究采用了新的CME重构方法,利用来自于STEREO卫星的偏振观测数据对CME进行重构,从而成功获得CME在近日高度的位置与质量分布。研究结果表明在2.5个太阳半径以内,CME在纬度方向上发生了28°的偏折,在6.5个太阳半径以内,在经度方向上发生43°的偏折,并指出这一经度方向的偏折角度相比之前的观测是较大的。同时,此次研究还结合了太阳动力学卫星SDO的AIA的EUV图像数据以及HMI的磁图数据,并采用非线性无力场外推(NLFFF)和全球势场外推(PFSS)方法对不同高度的日冕磁场进行重构,通过对磁场位形,以及磁场密度变化的分析得出以下重要结论:

1. 来自于超强正极黑子的磁压力迫使CME朝向太阳西南传播;

2. 活动区周围开放的和闭合的磁场位形造成CME朝向阻力最小的方向运动。

此次研究表明,活动区磁场本身在决定CME的传播方向上起到了至关重要的作用。活动区磁场造成了CME在经度和纬度两个方向上的大幅度偏折,并且CME传播是从一开始就沿着磁场所塑造的一个传播通道来运动。此次研究的结果可以帮助我们正确判断CME的传播方向,这对空间天气预报工作的开展具有十分重要的意义。

相关链接:http://arxiv.org/abs/1510.06177

Citation:Rui Wang, Ying D. Liu, Xinghua Dai, Zhongwei Yang, Chong Huang, and Huidong Hu (2015), The role of active region coronal magnetic field in determining coronal mass ejection propagation direction, ApJ, in press.



图一:利用偏振重构方法重构出的CME,a、b中的黑色圆球为CME的质心位置;c为CME在20:09 UT的质量分布图;d为CME距日高度分布图。

图二:活动区NOAA 11944和11943低层日冕磁场外推结构图,b、c为沿着蓝色和红色箭头所示方向的视角。

 

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