“羲和号”再现太阳暗条爆发三维动力学过程
太阳表面的细长暗条变化多端。它们有时会突然消失，有时又会突然爆发，像其他太阳爆发活动一样，给地球磁场带来或多或少的干扰。
2月5日，记者从南京大学获悉，该校太阳物理团队基于“羲和号”全日面光谱成像，分别构建了一个太阳暗条和一个日珥的三维速度场。该研究成功再现了暗条、日珥等离子体物质的膨胀、抛射、回落、旋转和分裂等现象。相关成果近日刊发于国际学术期刊《天体物理学杂志快报》。
“羲和号”观测的太阳暗条、日珥的演化和爆发。受访者供图
“在高温、稀薄的日冕中，悬浮着一些温度较低、但密度较高的等离子体，它们靠太阳磁场支撑。”该论文的作者之一、“羲和号”卫星首席科学家丁明德教授告诉科技日报记者，从观测的视角看，如果这些等离子体处在日面之上，在明亮的背景映衬下，就表现为一条偏暗的长带，即为暗条；如果出现在日面边缘，就仿佛在太阳侧面勾勒出的“耳朵”，即日珥。
暗条可以稳定存在数小时，甚至数天，也可能突然爆发而被抛射出去，形成日冕物质抛射。爆发的暗条如果朝向地球传播，可能会引发地磁暴，对近地空间环境中的高科技设备造成严重损害。因此，精确测量太阳暗条爆发的三维速度场，对于灾害性空间天气的预警和预报具有非常重要的意义。
“以往对于太阳的成像观测只能得到暗条爆发在天空平面内的投影速度，无法确定其传播方向和真实速度。”丁明德介绍，目前常见的观测方法有两种，一种是通过两颗卫星从不同视角对太阳暗条进行观测，并利用几何方法得到其三维结构和演化。但是该方法具有很强的局限性，需要两颗卫星具有相同的观测波段并且同时观测到爆发过程。另一种则是通过光谱成像，利用暗条谱线的多普勒频移获得视线方向的速度，利用成像获得天空平面上的速度，即可构建其三维速度场。
“然而以往的光谱成像大多是基于地面大口径的太阳望远镜，视场非常有限，很难覆盖爆发暗条的完整区域。”丁明德说。
2021年10月14日，南京大学参与研发的我国首颗太阳探测科学技术试验卫星“羲和号”成功发射。“羲和号”卫星的世界首次全日面Hα光谱扫描成像技术，为上述问题提供了更精确、更完整、更全面的解决方案。
丁明德介绍，“羲和号”可以在46秒内扫描全日面，获得日面上任意一点的光谱信息。它的高精度光谱和成像数据使得系统性研究暗条爆发的三维动力学成为可能。
在此次研究中，团队分析了2022年8月17日的日珥爆发和2023年5月8日的暗条爆发数据。“研究发现，这次的太阳暗条经过膨胀和上升阶段后，最终以逆时针旋转的方式回落到日面上，是一次失败的爆发；而日珥则在经历膨胀、上升、旋转和分裂后，以160千米/秒的速度在倾斜于天空平面22度的方向上成功抛射出去。”论文的第一作者、南京大学深空探测科学与技术研究院助理研究员邱晔解释。
“通过这次分析，我们就知道暗条和日珥的爆发规律是什么样子了。例如它们抛射的速度是多少，向哪里抛射，是不是向着地球的方向抛射。”丁明德表示，随着研究的深入，如果以后能观测、构建更多的暗条和日珥的三维速度场，就可以提炼出暗条爆发的普遍规律，这将为后续系统性研究太阳暗条爆发的物理机制，以及空间天气预警和预报提供重要参考。
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