活動(dòng)區(qū)日冕物質(zhì)拋射的形成條件及產(chǎn)生規(guī)律.pdf

1、日冕物質(zhì)拋射(CME)是太陽(yáng)大氣中最劇烈的爆發(fā)現(xiàn)象，也是災(zāi)害性空間天氣的主要驅(qū)動(dòng)源。其主要源區(qū)是太陽(yáng)活動(dòng)區(qū)(AR):超過(guò)60％ CME產(chǎn)生自活動(dòng)區(qū)。但是活動(dòng)區(qū)的爆發(fā)能力也各不相同，有的活動(dòng)區(qū)難以產(chǎn)生CME，有的能夠在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生很多CME。什么樣的活動(dòng)區(qū)能夠產(chǎn)生CME?為什么有的活動(dòng)區(qū)能夠頻繁的產(chǎn)生CME?我們的工作試圖回答這兩個(gè)問(wèn)題。
　　針對(duì)第一個(gè)問(wèn)題，我們將一個(gè)頻繁產(chǎn)生耀斑但幾乎沒(méi)有CME爆發(fā)的活動(dòng)區(qū)NOAA12192同其他

2、4個(gè)活動(dòng)區(qū)進(jìn)行了比較，其中兩個(gè)活動(dòng)區(qū)生產(chǎn)了很多耀斑和CME，另外兩個(gè)活動(dòng)區(qū)幾乎沒(méi)有產(chǎn)生CME。通過(guò)對(duì)比SDO/HMI的光球矢量磁場(chǎng)參數(shù)，我們發(fā)現(xiàn)三個(gè)能產(chǎn)生很多耀斑的活動(dòng)區(qū)相對(duì)另外兩個(gè)惰性活動(dòng)區(qū)，有較大的磁通、電流和磁自由能，即它們的面積都比較大，都包含著強(qiáng)的電流系統(tǒng)以及磁自由能。因?yàn)槌渥愕拇抛杂赡苁球?qū)動(dòng)耀斑的必要條件，因此這個(gè)結(jié)論是可以理解的，也和以往的研究相一致。進(jìn)一步，我們發(fā)現(xiàn)將平均電流螺度，總的無(wú)符號(hào)電流螺度兩個(gè)參數(shù)組合起來(lái)可以區(qū)

3、分它們的CME爆發(fā)能力。產(chǎn)生了較多CME的活動(dòng)區(qū)的平均電流螺度(|(Hc)|）較大，而只產(chǎn)生了很多耀斑的活動(dòng)區(qū)NOAA12192以及另外兩個(gè)幾乎沒(méi)有爆發(fā)產(chǎn)生的活動(dòng)區(qū)NOAA11157和11428的數(shù)值很小。考慮無(wú)符號(hào)電流螺度（Hctotal），活動(dòng)區(qū)NOAA12192的數(shù)值同NOAA11158、11429兩個(gè)CME頻發(fā)的活動(dòng)區(qū)一樣大，也就意味著活動(dòng)區(qū)NOAA12192中存在著手性相反、但對(duì)應(yīng)總量相當(dāng)?shù)碾娏髀荻取?br>　　此外，通過(guò)分析

4、爆發(fā)前的電流螺度分布情況我們發(fā)現(xiàn):產(chǎn)生了很多CME的兩個(gè)活動(dòng)區(qū)的主爆發(fā)中性線兩側(cè)有強(qiáng)電流螺度集中，說(shuō)明這兩個(gè)活動(dòng)區(qū)中存在磁繩;通過(guò)計(jì)算外推日冕磁場(chǎng)中的衰減因數(shù)發(fā)現(xiàn):它們的日冕束縛場(chǎng)也衰減地較快，束縛較弱;與之對(duì)應(yīng)的，沒(méi)有爆發(fā)產(chǎn)生或者只產(chǎn)生耀斑的三個(gè)活動(dòng)區(qū)中沒(méi)有這種沿著中性線兩側(cè)集中分布的強(qiáng)電流螺度。研究結(jié)果表明，活動(dòng)區(qū)是否產(chǎn)生CME與兩個(gè)因素有關(guān):
　　(1)在爆發(fā)的位置要有作為CME前身結(jié)構(gòu)的強(qiáng)剪切結(jié)構(gòu)或者磁繩存在;
　　

5、(2)活動(dòng)區(qū)上方的束縛較弱。
　　針對(duì)第二個(gè)問(wèn)題，我們首先研究了產(chǎn)生自第23太陽(yáng)活動(dòng)周的28個(gè)超級(jí)活動(dòng)區(qū)的281個(gè)準(zhǔn)同源CME（產(chǎn)生自同一個(gè)活動(dòng)區(qū)的CME）的等待時(shí)間(CME及其之前的CME被日冕儀首次觀測(cè)到的時(shí)間間隔)分布。我們發(fā)現(xiàn)該等待時(shí)間分布由兩部分組成，兩個(gè)分量在18小時(shí)處被隔開(kāi)。第一部分是一個(gè)類(lèi)高斯分布，其峰值在7小時(shí)左右，從統(tǒng)計(jì)的角度落在這個(gè)分量中的CME之間存在著物理關(guān)聯(lián)。峰值等待時(shí)間有可能是準(zhǔn)同源CME涉及的物理過(guò)

6、程發(fā)展的時(shí)間尺度。我們?cè)跇颖局屑尤肓说?4太陽(yáng)活動(dòng)周的兩個(gè)超級(jí)活動(dòng)區(qū):NOAA11158和11429，發(fā)現(xiàn)其等待時(shí)間依然呈現(xiàn)二分量分布，其中188個(gè)準(zhǔn)同源CME的等待時(shí)間小于18小時(shí)，呈現(xiàn)類(lèi)高斯分布，在7.5小時(shí)處達(dá)到峰值。
　　我們進(jìn)一步精確定位了142個(gè)等待時(shí)間小于18小時(shí)的準(zhǔn)同源CME的磁源區(qū):定義同一條中性線的同一位置為同一個(gè)磁源區(qū)，而同一中性線的不同位置或者不同的中性線為不同磁源區(qū);對(duì)于一個(gè)CME，如果它和它之前的CME

7、產(chǎn)生自同一個(gè)磁源區(qū)，則該CME被定義為S型，產(chǎn)生自不同磁源區(qū)則被歸類(lèi)為D型。最終得到90個(gè)(63％)S-型準(zhǔn)同源CME，和52個(gè)(37％)D型準(zhǔn)同源CME。
　　我們進(jìn)一步在兩種準(zhǔn)同源CME中各選取了一個(gè)案例:S-型準(zhǔn)同源CME及其之前的CME都產(chǎn)生于四極場(chǎng)NOAA11158的一個(gè)偶極系統(tǒng)，D型準(zhǔn)同源事件中的兩個(gè)CME起源于AR NOAA11429中兩個(gè)不同的磁通量系統(tǒng)。通過(guò)對(duì)兩個(gè)案例的詳細(xì)分析，包括對(duì)衰減指數(shù)n，擠壓因子Q以及螺

8、繞數(shù)目Tw的研究，我們發(fā)現(xiàn):在S型準(zhǔn)同源CME中，其磁繩在爆發(fā)中經(jīng)歷了部分爆發(fā)過(guò)程:磁繩的一部分爆發(fā)為第一個(gè)CME，而另一部分存留下來(lái)并在稍后爆發(fā)形成第二個(gè)CME，這個(gè)過(guò)程可以看做自由能的多階段釋放過(guò)程;在整個(gè)爆發(fā)過(guò)程中，活動(dòng)區(qū)一直通過(guò)剪切和通量浮現(xiàn)補(bǔ)充磁自由能，即磁自由能的持續(xù)補(bǔ)充可能是一系列S-型CME爆發(fā)的主要原因。在D型CME的爆發(fā)中，一條中性線上的一個(gè)磁繩部分爆發(fā)，形成了第一個(gè)CME，并影響了第二個(gè)CME的源區(qū)，使得其上方的雙

9、支磁繩的上支伴隨著第一個(gè)CME一起爆發(fā)。由于該上支磁繩同下支磁繩的手性相反，本來(lái)對(duì)下支磁繩施加向下的束縛力，在其爆發(fā)之后，這種束縛力消失，允許下支磁繩膨脹、上升，并通過(guò)重聯(lián)獲得更強(qiáng)的螺繞性，最終作為第二個(gè)CME的內(nèi)核磁繩爆發(fā)出去，形成了第二個(gè)CME。
　　這兩類(lèi)CME可能涉及到了不同的物理過(guò)程:S-型CME和它之前的CME處在磁自由能的重復(fù)釋放過(guò)程中;D-型CME更可能是由其之前的CME擾動(dòng)所引起的。其等待時(shí)間的不同峰值可能是這兩