紫金山天文台在耀斑、日冕物质抛射及其驱动激波方面取得研究进展

太阳耀斑和日冕物质抛射（以下简称CME）是太阳大气中最剧烈的两种爆发现象。耀斑及CME驱动的激波被认为是太阳高能粒子的驱动源。CME和高能粒子可能对人类活动产生严重干扰，甚至造成灾害性空间天气。

太阳高能电子的加速和传播机制是太阳物理和空间物理研究的热门课题。太阳射电暴作为太阳高能电子最直观的物理表现，在太阳高能电子诊断方面发挥重要作用。近期，中国科学院紫金山天文台“太阳高能及相关物理过程”研究团组特别研究助理、博士卢磊等人基于SDO的极紫外成像、RHESSI的X射线成像以及云南天文台的射电频谱观测，分析并报道了耀斑电流片中磁岛及次级磁岛形成的详细物理过程。研究结果显示，随着耀斑电流片被不断地拉伸，耀斑电流片出现了撕裂模不稳定性，最终导致磁岛及次级磁岛的产生。磁重联可发生于每一对相邻的新生磁岛之间（即多X型磁重联），加速当地自由电子。被加速的高能电子沿着电流片向上或向下注入到相邻磁岛，诱发磁岛产生射电辐射（图1）。该研究结果为耀斑电流片级联磁重联机制提供了直接观测证据，解决了耀斑标准模型中长期争议的重联效率低、高能粒子数不足等问题。相关成果已于近期发表在The Astrophysical Journal Letters。

卢磊等人还利用e-CALLISTO射电频谱仪、Nancay射电日像仪以及SDO极紫外成像仪等仪器的观测，研究了发生在太阳低日冕的一个运动射电暴。研究结果显示，该运动射电暴的源区位置与极紫外波段观测到的EUV波能够较好地对应（图2），并且射电暴的辐射强度与EUV波的传播速度具有高度相关性。经过深入分析，研究人员确认该EUV波与CME在低日冕驱动的激波相关联，相应的射电暴则是激波加速的高能电子激发当地等离子体震荡产生的等离子体二次谐频辐射。射电辐射中呈现的准周期性增强则表明激波对太阳电子束流的加速具有准周期性。该成果已于近期发表于The Astrophysical Journal Letters上。

CME及其驱动的激波作为太阳高能电子的驱动源之一，对其传播过程的研究十分重要。团组特别研究助理、博士应蓓丽等人基于多个三维重构方法获得CME及其驱动的弓激波的几何分布及运动学信息，首次获得CME在三维空间中的最大和最小主曲率半径，并发现最大最小主曲率半径之比可达2-4倍。此外，通过CME与激波顶点的间距和CME主曲率半径的比值估算了激波物理参数和难以直接测量的日冕磁场强度信息（图3）。相关成果已发表在Astronomy & Astrophysics上。

该系列研究是ASO-S/LST载荷的科学准备工作，研究工作得到ASO-S卫星中科院空间科学战略先导专项、国家自然科学基金等的支持。

图1.（a）GOES卫星记录到的软X射线流量随时间演化曲线。（b）云南天文台射电频谱仪（竖直黄色线）和Culgoora射电频谱仪（竖直紫红线）共同观测到的射电脉动频率漂移结构。白色和紫红色曲线分别代表GOES在1-8 Å流量曲线的时间导数和RHESSI在25-50 keV的硬X射线流量曲线。（c）云南天文台射电频谱仪记录到的一对反向射电频率漂移结构。

图2.Nancay射电日像仪记录到的运动射电暴源区位置随时间的演化，背景为SDO/AIA在193 Å的差分图像（记录到一个由活动区向外传播的亮结构）。

图3.左图：CME（蓝）、喷流（绿）及弓激波（品红）的三维重构图像。右图：CME激波间距与CME主曲率半径比值（蓝色）以及激波的阿尔芬马赫数。