科学家揭示了超音速下流进入太阳黑子的来源

图 1. IRIS 光栅扫描期间检测到的太阳黑子 SD 及其相关的日冕雨事件。 学分:陈和超

太阳过渡区超音速下行流(SDs)是朝向太阳黑子的向下下降的质量通量。 这种现象普遍存在于大多数太阳黑子上方。 在 IRIS 光谱中,SD 经常被观察为速度约为 100 km/s 的强烈红移二次发射峰,并且它们持续至少几个小时。

自 1980 年代发现它们以来,这些长寿命的 SD 是怎样形成的,以及它们大量稳定供应的机制是什么,仍然不清楚。 近日,中国科学院国家天文台李乐平博士及其合作者为这些悬而未决的问题提供了新的线索。 他们提出,SDs起源于磁重联促进的磁倾角中热日冕等离子体的冷却和凝结。

他们的研究于 3 月 15 日发表在《天文学与天体物理学》上。

研究人员利用中国地面太阳望远镜、新型真空太阳望远镜 (NVST) 和包括 SDO、STEREO 和 IRIS 在内的几颗卫星的联合观测,调查了 NOAA AR 12740 中的一系列过渡区 SD 及其相关的日冕活动. “我们首次清楚地追踪了准稳态SD事件的形成,”该研究的第一作者、北京大学的陈和超博士说。


图 2 由观测、示意图和 PFSS 模型得出的形成重联促进日冕凝聚及其诱导的准稳态 SD 的可能情景。 学分:陈和超

双视角极紫外 (EUV) 图像显示,这些 SD 源自连接太阳黑子和偏远地区的大型闭环系统中日冕等离子体的冷却和冷凝。 在倾角,形成反复的日冕雨,并沿着这些环不断地流向太阳黑子,导致过渡区 SD 事件。

“这种来自多个望远镜的双视角联合观测为我们提供了一个非常宝贵的机会,可以直接追踪这些 SD 的日冕起源,”该研究的通讯作者之一、北京大学的田辉教授说。

基于成像观察和磁场外推,研究人员提出了一种重新连接促进的日冕凝结情景,用于 SD 的形成。 在这种情况下,通过两组具有相反极性的回路之间的重新连接,缓慢形成下降。 然后,凹陷中的日冕等离子体通过热不稳定性迅速冷却和凝结。 在这个过程中,凝结的物质作为一个短暂的突出物在倾角中积累,从而形成一个质量水库,可用于提供持久的雨流。

“随着雨水以漏斗状结构(即太阳黑子羽流)的不同轨迹持续流入太阳黑子,这种几何形状的漏斗效应进一步将日冕高度的块状雨重新塑造成更细长和流状的雨,当到达低层大气,”陈博士说。 “这导致了准稳定的 SD。”

该研究的另一位通讯作者李博士说:“这项工作展示了我们先前为日冕雨形成而提出的重新连接促进日冕凝结情景的新扩展应用。”

日冕雨的排出及其产生的 SDs 持续了两个多小时,表明日冕凝结的大量供应。 在倾角中,计算了冷凝的总质量和冷凝速率。 它们确实足够大,足以维持这个长期存在的 SD 事件。 “因此,SDs在太阳黑子大气的色球-日冕质量循环中发挥着重要作用,”李博士说。