日冕物质抛射初发过程的物理机制揭示

记者从中国科大获悉，该校日地物理研究团队在太阳爆发活动的研究中取得重要进展，揭示了日冕物质抛射 (Coronal Mass Ejection；简称CME) 初发过程的物理机制，相关成果3月6日在线发表于《科学进展》上。

CME 与太阳耀斑紧密联系，是太阳系尺度最大、最剧烈的爆发现象之一。CME携带巨量的物质和能量，通常在爆发1-3天后到达地球，引起地球空间环境的强烈扰动，对通讯、导航、航天器等高技术系统可能造成灾害性影响。CME的物理机制一直是太阳物理和日地空间物理研究的核心问题。标准模型认为，连接CME和耀斑环的大尺度电流片提供了两者的耦合机制：发生在电流片的磁重联为CME注入磁通量，同时加热等离子体和加速高能粒子。另一方面，近地飞船的局地探测表明行星际CME内部普遍存在具有螺旋形磁场的磁绳。但磁绳在爆发前是否存在？磁绳是怎样形成的？其内部结构如何？

研究团队在前期工作中得到磁绳的客观判据：即由磁场准分界层包裹的、磁场缠绕增强的三维区域。利用太阳边缘的观测资料，相当于从一个横截面观测到CME形成和演化的完整过程。最初剪切磁拱下的一个高温电流片结构被撕裂为多个等离子体团，逐渐合并为电流片顶端的较大的等离子团，称之为CME的“种子”。“种子”在经历缓慢上升后突然快速上升和快速膨胀，爆发为气泡状的CME，并形成高温的边界层；爆发过程同时产生大量高能电子，在耀斑区域产生大量脉冲式的硬X射线辐射，是电流片撕裂为多尺度的“分形”结构，导致磁重联率在时空上快速变化的证据。而与电流片的撕裂相反的过程——等离子体团的合并在CME的前身结构——种子磁绳的形成中起到关键作用。种子磁绳承上启下，成为跨越多个尺度连接电流片中的“微观”磁绳和宏观CME磁绳的桥梁。