日冕極紫外波與冕環相互作用的研究取得進展

　　近日，中國科學院紫金山天文臺和南京大學研究團隊合作結合太陽動力學天文臺（SDO）、“羲和”號等衛星的多波段、高分辨率觀測資料，研究了一個磁通量繩爆發過程，首次探測到冕環在膨脹上升期間伴隨的垂直振蕩，揭示了日冕極紫外波與冕環相互作用的新現象。該工作展示了極紫外波豐富的動力學特性，為將來空間望遠鏡科學目標的制定提供了參考。

　　自1997年5月12日SOHO衛星搭載的EIT望遠鏡首次發現日冕極紫外波（coronal EUV wave）以來，關于它的研究一直是太陽物理領域的熱點。EUV波引起冕環橫向振蕩的觀測和研究很多，但是在垂直方向引起冕環振蕩的報道卻很少。

　　研究人員分析了發生在2022年1月20日的一次靠近太陽西邊緣的爆發活動（圖1），磁繩由于某種原因變得不穩定而向外爆發。它在上升期間經歷了兩個階段，緩慢上升和快速上升（速度超過800 km/s）。磁繩爆發在下方色球層觸發了M5.5級耀斑。耀斑在硬X射線和射電波段的光變曲線同時呈現準周期振蕩（周期為18-113秒）。磁繩向外傳播形成快速日冕物質拋射（CME），并驅動快模激波（對應射電II型暴），表明大尺度EUV波（傳播速度為740-860 km/s）本質上就是激波。

　　EUV波與旁邊高度較低冕環（ACL）相互作用期間，冕環經歷快速收縮、膨脹并伴隨垂直方向的振蕩（圖2）。收縮速度在高溫波段（171、193和211埃）比低溫波段（304埃）更快（約1.6倍）。振蕩周期在304埃和171 埃分別為253秒和275秒。研究人員給出了清晰的物理解釋，并提供了示意圖（圖3）：耀斑爆發前，冕環處于靜止狀態，向上的磁壓力梯度力和向下的磁張力保持平衡（d）。EUV波提供了一個額外的向下壓力，導致冕環快速收縮（e）。EUV波掃過后壓力減弱，冕環向上反彈且伴隨垂直振蕩（振幅隨時間衰減）（f）。當上升到某個高度時，磁壓力梯度力和磁張力再次平衡，冕環保持靜止（g）。定量計算結果與觀測現象非常吻合。該模型預測EUV波與附近日珥也會有類似的相互作用，亟需更多觀測事例和磁流體力學數值模擬驗證。

　　相關成果發表在《天體物理學雜志》（The Astrophysical Journal Letters）上。研究工作得到國家自然科學基金委項目和科學技術部國家重點研發項目的資助。

圖1 磁通量繩爆發產生的耀斑、CME和EUV波（對應一個射電II型暴）

圖2 SDO/AIA 304埃和171 埃兩個波段觀測到的ACL和對應的時距圖

圖3 上排顯示耀斑上方冕環經歷收縮和振蕩。下排顯示耀斑附近冕環經歷快速收縮、膨脹并伴隨垂直方向的振蕩