活動區(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)動源。其主要源區(qū)是太陽活動區(qū)(AR):超過60％ CME產(chǎn)生自活動區(qū)。但是活動區(qū)的爆發(fā)能力也各不相同，有的活動區(qū)難以產(chǎn)生CME，有的能夠在短時間內(nèi)產(chǎn)生很多CME。什么樣的活動區(qū)能夠產(chǎn)生CME?為什么有的活動區(qū)能夠頻繁的產(chǎn)生CME?我們的工作試圖回答這兩個問題。
　　針對第一個問題，我們將一個頻繁產(chǎn)生耀斑但幾乎沒有CME爆發(fā)的活動區(qū)NOAA12192同其他

2、4個活動區(qū)進行了比較，其中兩個活動區(qū)生產(chǎn)了很多耀斑和CME，另外兩個活動區(qū)幾乎沒有產(chǎn)生CME。通過對比SDO/HMI的光球矢量磁場參數(shù)，我們發(fā)現(xiàn)三個能產(chǎn)生很多耀斑的活動區(qū)相對另外兩個惰性活動區(qū)，有較大的磁通、電流和磁自由能，即它們的面積都比較大，都包含著強的電流系統(tǒng)以及磁自由能。因為充足的磁自由能是驅(qū)動耀斑的必要條件，因此這個結(jié)論是可以理解的，也和以往的研究相一致。進一步，我們發(fā)現(xiàn)將平均電流螺度，總的無符號電流螺度兩個參數(shù)組合起來可以區(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區(qū)NOAA12192以及另外兩個幾乎沒有爆發(fā)產(chǎn)生的活動區(qū)NOAA11157和11428的數(shù)值很小?？紤]無符號電流螺度（Hctotal），活動區(qū)NOAA12192的數(shù)值同NOAA11158、11429兩個CME頻發(fā)的活動區(qū)一樣大，也就意味著活動區(qū)NOAA12192中存在著手性相反、但對應(yīng)總量相當(dāng)?shù)碾娏髀荻取?br>　　此外，通過分析

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的兩個活動區(qū)的主爆發(fā)中性線兩側(cè)有強電流螺度集中，說明這兩個活動區(qū)中存在磁繩;通過計算外推日冕磁場中的衰減因數(shù)發(fā)現(xiàn):它們的日冕束縛場也衰減地較快，束縛較弱;與之對應(yīng)的，沒有爆發(fā)產(chǎn)生或者只產(chǎn)生耀斑的三個活動區(qū)中沒有這種沿著中性線兩側(cè)集中分布的強電流螺度。研究結(jié)果表明，活動區(qū)是否產(chǎn)生CME與兩個因素有關(guān):
　　(1)在爆發(fā)的位置要有作為CME前身結(jié)構(gòu)的強剪切結(jié)構(gòu)或者磁繩存在;
　　

5、(2)活動區(qū)上方的束縛較弱。
　　針對第二個問題，我們首先研究了產(chǎn)生自第23太陽活動周的28個超級活動區(qū)的281個準(zhǔn)同源CME（產(chǎn)生自同一個活動區(qū)的CME）的等待時間(CME及其之前的CME被日冕儀首次觀測到的時間間隔)分布。我們發(fā)現(xiàn)該等待時間分布由兩部分組成，兩個分量在18小時處被隔開。第一部分是一個類高斯分布，其峰值在7小時左右，從統(tǒng)計的角度落在這個分量中的CME之間存在著物理關(guān)聯(lián)。峰值等待時間有可能是準(zhǔn)同源CME涉及的物理過

6、程發(fā)展的時間尺度。我們在樣本中加入了第24太陽活動周的兩個超級活動區(qū):NOAA11158和11429，發(fā)現(xiàn)其等待時間依然呈現(xiàn)二分量分布，其中188個準(zhǔn)同源CME的等待時間小于18小時，呈現(xiàn)類高斯分布，在7.5小時處達到峰值。
　　我們進一步精確定位了142個等待時間小于18小時的準(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);對于一個CME，如果它和它之前的CME

7、產(chǎn)生自同一個磁源區(qū)，則該CME被定義為S型，產(chǎn)生自不同磁源區(qū)則被歸類為D型。最終得到90個(63％)S-型準(zhǔn)同源CME，和52個(37％)D型準(zhǔn)同源CME。
　　我們進一步在兩種準(zhǔn)同源CME中各選取了一個案例:S-型準(zhǔn)同源CME及其之前的CME都產(chǎn)生于四極場NOAA11158的一個偶極系統(tǒng)，D型準(zhǔn)同源事件中的兩個CME起源于AR NOAA11429中兩個不同的磁通量系統(tǒng)。通過對兩個案例的詳細分析，包括對衰減指數(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)過程:磁繩的一部分爆發(fā)為第一個CME，而另一部分存留下來并在稍后爆發(fā)形成第二個CME，這個過程可以看做自由能的多階段釋放過程;在整個爆發(fā)過程中，活動區(qū)一直通過剪切和通量浮現(xiàn)補充磁自由能，即磁自由能的持續(xù)補充可能是一系列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磁繩部分爆發(fā)，形成了第一個CME，并影響了第二個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，本來對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，并通過重聯(lián)獲得更強的螺繞性，最終作為第二個CME的內(nèi)核磁繩爆發(fā)出去，形成了第二個CME。
　　這兩類CME可能涉及到了不同的物理過程:S-型CME和它之前的CME處在磁自由能的重復(fù)釋放過程中;D-型CME更可能是由其之前的CME擾動所引起的。其等待時間的不同峰值可能是這兩