太阳活动能量传输和释放精细物理研究

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1概况

太阳主导着日地空间环境及地球生态系统，是唯一可进行高分辨率观测和研究的恒星，也是人类研究宇宙最基本物质形态（等离子体）及电磁相互作用的最佳实验室。剧烈太阳活动是灾害性空间天气的源头，为了更深入地认识太阳活动的机理，揭示太阳大气中能量传输和释放的精细物理过程，准确预报灾害性空间天气（国家重大战略需求），本项目依托全球一流的太阳望远镜：抚仙湖一米新真空太阳望远镜（NVST），对太阳活动进行了长达十年的高分辨率观测和深入研究，获得了以下突破性科学发现：一是首次观测到太阳大气中的小尺度磁重联以及磁重联释放磁扭缠的过程；二是首次发现小尺度太阳活动触发大尺度太阳爆发；三是发现了太太阳活动能量传输和释放的精细物理过程研究成果中国科学院云南天文台阳大气中多种新的活动现象。项目研究发表核心论文20篇，18篇发表在国际权威学术期刊，2篇发表在国内SCI天文学术期刊，其中，8篇代表性论文影响因子累计64，SCI他引353次，单篇最高引用110次，1篇入选NatureCommunications亮点，2篇获英国皇家物理学会颁发的高被引用论文奖（2017-2019年全球天文引用top1%）。核心论文影响因子累计136，SCI他引545次，多项研究被写入Springer出版的《NewMillenniumSolarPhysics》、《PhysicsofMagneticFluxTubes》、《MagnetohydrodynamicModelingoftheSolarCoronaandHeliosphere》等学术专著中。研究成果获2016年全国“十大天文科技进展”。项目执行期间多人入选云南省及中科院人才计划。经第三方科技成果评价，专家组一致认为“该项目基于国内自主研制的观测设备在太阳精细结构方面取得了重大科学发现，研究成果总体达到了国内领先、国际一流水平，特别是在小尺度磁重联的高分辨观测与研究方面达到了国际领先水平”。

2重要科学发现

1）利用云南天文台一米新真空太阳望远镜的高时空分辨率数据，首次观测到太阳大气中的磁环-磁环之间的小尺度磁重联以及暗条和色球纤维之间的磁重联释放暗条磁扭缠的过程（图一所示），观测到与理论模型完全符合的磁重联事件，提供了完整的磁重联观测证据。并通过非线性无力场外推和磁流体力学数值模拟，验证了这一重大发现，研究结果揭示了一种新的能量传输和释放方式。相关论文发表在国际权威学术期刊NatureCommunications《自然-通讯》，TheAstrophysicalJournalLetters《天体物理学快报》(美国)和ResearchinAstronomyandAstrophysics《天文和天体物理学研究》(中国)上。研究成果发表后引起国内外同行的广泛关注，成果在中国科学院首页，国家自然科学基金委网站，国家航天局网站，中国科学报及几十家媒体进行了报道。该论文被《自然-通讯》遴选为等离子体物理方面的亮点文章。2）首次发现小尺度太阳活动触发大尺度太阳爆发。通过对NVST高分辨率观测数据的深入挖掘，发现微小黑子的旋转导致了在同一位置先后形成两个具有扭缠磁结构了活动区暗条，并触发大级别太阳耀斑，观测结果非常清晰地揭示了太阳爆发活动形成的详细物理过程，而旋转太阳黑子是磁流绳形成的关键原因，也是磁能积累的驱动源（图二所示）；利用NVST与美国GST望远镜的联合观测数据，发现新浮小尺度磁流绳的浮现和爆发产生了大级别太阳耀斑和日冕物质抛射，非线性无力场外推和三维磁流体力学数值模拟也重现了这一物理过程，这也是首次定性观测和定量研究完整的小尺度磁绳浮现过程。这一系列研究结果揭示了此类太阳爆发活动的能量来源和触发机制。

多篇论文发表在国际权威学术期刊TheAstrophysicalJournal《天体物理学报》(美国)系列上。3）发现了太阳大气中多种新的活动现象。例如，首次观测到扎根在太阳黑子亮桥上垂直震荡的亮结构（图三所示），将其命名为“亮墙”，该名称得到国内外学术同行的公认和使用，亮墙的整体都要比周围区域明亮，尤其是墙顶的亮度更高，并提出压力波引起的太阳径向脉动激发了亮墙的振荡，而亮墙持续的亮度增强表明存在着持续的小尺度磁重联或者磁声波加热过程；首次发现太阳耀斑期间黑子快速的反向旋转，该项研究可能预示着耀斑期间伴随磁场螺度的反向输运，并首先提出该现象源于耀斑导致的日冕磁螺度的急剧凝聚，从新的角度诠释了色球耀斑扰动光球的现象，对现有理论提出了挑战。多篇研究成果发表在国际权威学术期刊NatureCommunications《自然-通讯》和TheAstrophysicalJournal《天体物理学报》上。

单位：中国科学院云南天文台