明暗相随的太阳活动：环形耀斑引起远端日冕暗化

本文摘要：中科院之声太阳活动与空间天气具有必要的联系，强化太阳活动的研究和监测对展开精确的空间天气预报、预警和增加灾害性空间天气的损失都具备极其重要的意义。中国科学院紫金山天文台科研人员最近找到一种太阳耀斑引起的太阳大气变化现象：在耀斑愈演愈烈时，耀斑所在区域没显著亮度变化，但十几万千米之外的太阳大气却显著变暗｡这一找到将有助我们新的检视太阳耀斑和日冕暗化这一明一暗两种活动之间的关系，并对精确有效地的空间天气预报获取一定的理论依据。什么是太阳耀斑？

中科院之声太阳活动与空间天气具有必要的联系，强化太阳活动的研究和监测对展开精确的空间天气预报、预警和增加灾害性空间天气的损失都具备极其重要的意义。中国科学院紫金山天文台科研人员最近找到一种太阳耀斑引起的太阳大气变化现象：在耀斑愈演愈烈时，耀斑所在区域没显著亮度变化，但十几万千米之外的太阳大气却显著变暗｡这一找到将有助我们新的检视太阳耀斑和日冕暗化这一明一暗两种活动之间的关系，并对精确有效地的空间天气预报获取一定的理论依据。什么是太阳耀斑？太阳耀斑是再次发生在太阳大气局部区域的一种轻微的能量获释过程，是太阳大气活动的最重要形式之一，也是产生灾害性空间天气的最重要源头。耀斑的能量源于太阳表面累积的磁场自由能，总能量平均大约1022–1025焦耳，在短时间内这些能量通过一种叫磁场重联的机制较慢切换为等离子体的热能、动能、辐射能，并产生大量高能粒子。

地面和空间的大型太阳望远镜可在射电、红外、红外线仍然到软X射线仅有波段观测到耀斑。目前人们观测到形态较为规则的两类耀斑还包括：●双带耀斑。这是最少见、研究最成熟期的一类耀斑。它们在太阳低层大气呈现出两条近似于平行的亮带，在日冕中呈现拱形冷环，这些高温磁环随时间渐渐加热，持续几十分钟到数小时。

图1日本Hinode卫星观测到的双带耀斑环形耀斑。这是美国TRACE太阳探测器找到的一种类似耀斑，在低层大气一般来说由一个圆形或椭圆形亮带和内部颗粒的亮带构成。相对于双带耀斑，环形耀斑具备类似的磁场流形结构，一般包括磁场零点、穿越零点的脊线和穹顶状扇面，像个蒙古包。不过，两种耀斑的动力学演化过程本质上没过于大的区别。

图2美国IRIS卫星观测到的环形耀斑图太阳大气活动与空间天气的关系太阳大气中的各类活动彼此之间具有密切联系，统计资料研究指出，级别越大的耀斑就越更容易预示太阳表面的另外一类愈演愈烈活动——日冕物质吸积。顾名思义，就是指日冕中很短时间内向行星际空间吸积大量磁化等离子体的过程。这些等离子体的质量可达百亿吨，速度可约一两千千米每秒。

预示CME再次发生的耀斑，称作愈演愈烈耀斑；没CME预示再次发生的耀斑称作约束耀斑。耀斑和CME都是太阳表面最轻微、能量最低的愈演愈烈活动，也是产生灾害性空间天气的最重要源头。它们产生的高能电磁辐射以及磁化等离子体经过长途跋涉，抵达地球空间附近后，不会对地球周围磁场及电离层产生反感扰动，进而对航天器、通信、导航系统等产生影响。

图3美国SDO卫星观测到的日冕物资吸积图天下万物，阴阳天理，构图安稳。日冕暗化就是与太阳耀斑愈演愈烈或者CME涉及的另一种大尺度活动，它展现出为局部日冕在极紫外和软X射线波段电磁辐射的较慢变暗和较慢回落，整个过程可持续几小时到十几小时。

暗化面积再行较慢拓展然后较慢膨胀，仅次于可约数万平方兆米。由于电磁辐射与当地等离子体密度平方成正比，因此日冕暗化主要是由耀斑和CME造成的密度减少引发的，因而根据日冕暗化的光谱观测可大体估计CME拿走的物质。

研究日冕暗化对于空间天气预警和预报有一定的指导意义，但目前关于环形耀斑与日冕暗化的关系的研究还十分缺乏。图4美国SOHO卫星观测到的CME再次发生后的日冕暗化新的现象：环形耀斑引发远端日冕暗化最近，中国科学院紫金山天文台科研人员与国内同行合作，利用美国太阳动力学天文台卫星配备的大气成像仪和日震磁像仪的多波段观测数据，详尽研究了2015年10月16日在编号12434的活动区再次发生的一个M级环形耀斑，找到耀斑所在区域和附近并没显著的暗化，却在距离该耀斑大约18万千米的宁静区经常出现了远端日冕暗化现象，而耀斑与远端日冕暗化区域由大尺度开口磁力线相连接。这个远端日冕暗化演化过程大约分三个阶段：首先，在耀斑软X射线峰值时刻前数分钟，经常出现仅有在AIA131埃和171埃波段可见的小而很弱的暗化；之后，宽而较宽的远端日冕暗化在除AIA304埃以外的其他所有极紫外波段显得显著，而耀斑区域本身并没显著变化；大面积的暗化逐步向东南方向伸延，面积较慢减少，仅次于大约1.2万平方兆米，暗化区域在171和193埃的仅次于比较亮度减少分别大约为90%和80%；最后，暗化面积渐渐增大。据估计，整个演化过程持续大约八小时。

这些特性与CME引发的暗化很相似。图5美国SDO卫星观测到的环形耀斑引发远端日冕暗化该找到与以往的观测都不过于一样，很难用现有理论作出极致说明。远端日冕暗化的成因很有可能是相连耀斑和暗化区域的大尺度冕环收缩造成的当地等离子体密度减少，而非温度变化。由于该耀斑没预示CME，大面积暗化区域物质的下落还是一个未解之谜。

研究结果公开发表后，科研人员又寻找几个类似于事件，解释这种现象并非个例，有可能普遍存在。下一步，研究人员将对这些事例展开深入细致的分析，希望说明了远端日冕暗化的本质。

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