暗条形成、振荡与抛射的观测特征与物理机制

Coronal mass ejections (CMEs) are the largest eruptive phenomenon on the Sun, which might lead to hazardous space weather environment near the Earth. Therefore, the related research is not only interesting in the sense of fundamental science, but also meaningful in the practical sense. Since most CMEs are associated with filament eruptions, this project takes filaments as the leading clue, and aims to study the observational features and the underlying physical mechanisms of the formation, oscillation and eruption of solar filaments, with the help of data analysis combined with numerical simulations. The research topics include (1) Filament formation: the observational characteristics of the filament channel and its nature, the observational manifestation of the chromospheric evaporation-condensation process and its simulations; the nature of counter-streamings, the nature of filament barbs and their relation to magnetic helicity; (2) Filament oscillation: the triggering mechanisms of the oscillations, the intrinsic wave modes, the dependence of the oscillation period and the damping time on various parameters of the filament, the inversion of the magnetic and thermal parameters of filaments based on prominence seismology; (3) Filament.eruption: the precursors, the triggering mechanisms, the formation mechanisms of the frontal loop and the cavity of CMEs, Moreton waves and coronal EIT waves produced by filament eruptions, etc. With these studies, we intend to investigate the energy storage, triggering, and energy release of the CMEs, which are united under the same physical framework.

日冕物质抛射是太阳上最大尺度的爆发现象，它可能导致地球附近空间天气发生灾害性的变化。因此，研究它伴随的物理过程不仅具有理论意义，也非常具有现实意义。由于大部分日冕物质抛射伴随暗条爆发，本项目以暗条为主线，结合观测资料分析和数值模拟两种研究手段，对暗条的形成、振荡与抛射所涉及的观测特征与物理过程进行深入的研究。研究内容包括：（1）暗条的形成：暗条通道的形成规律及物理本质、色球蒸发及凝聚过程的观测表现及数值模拟、双向流的物理本质、倒钩的物理本质及其与磁螺度的关系；（2）暗条的振荡：暗条振荡的触发机制、振荡的波模、振荡周期与衰减时标对暗条各参数的依赖关系、珥震学对日冕磁场、密度的反演；（3）暗条的抛射：爆发的前兆特征、触发机制、日冕物质抛射外环和暗腔的产生机制、暗条爆发产生的莫尔顿波和日冕极紫外波等等。通过这些研究，我们试图把日冕物质抛射的储能、触发、释能过程有机地统一在同一框架进行研究。

本项目通过磁流体力学数值模拟与观测资料分析相结合，研究与暗条形成、振荡及爆发所关联的诸多基本物理问题。项目组在国内外审稿期刊上发表文章80篇，其中73篇SCI文章，包括1篇Nature Astronomy文章，1篇Nature Communications文章，1篇Scientific Reports文章，46篇ApJ系列文章，1篇A&A文章，2篇MNRAS文章，6篇RAA文章。主要成果包括：（1）提出太阳表面的随机加热是暗条细丝及其双向流动形成的本质原因；（2）提出新观点：暗条的倒钩不一定对应日珥的足；（3）证实不同方向的喷流可以形成暗条的双向流；（4）首次指出Martin证认暗条螺度的方法存在理论缺陷；（5）利用自主提出的方法发现92%的暗条符合螺度半球法则；发现89%的暗条由磁绳支撑，11%的暗条由磁拱支撑；（6）首次指出多细丝相互作用会大大改变衰减周期，甚至导致无衰减的振荡现象；（7）对暗条振荡进行了三维模拟，结果证实重力是纵向振荡的主要回复力，而磁张力是横向振荡的主要回复力；（8）通过观测证据，指出磁绳并非暗条爆发的必要条件；（9）首次发现了一类新型的日冕驻留极紫外波现象，由日冕快波经过磁分界面时产生。. 项目组成员方成和李川提出的Hα光谱成像卫星由科工委正式立项，项目组成员方成领导的南大2.5米太阳望远镜由南京大学正式立项。在项目进展过程中，项目组成员与比利时、印度、日本、法国、英国、挪威及美国同行合作撰写文章23篇。项目负责人陈鹏飞作为主席组织了5次国际会议，参与组织了11次国际会议。项目组成员总共在国际会议上作邀请报告19次，在国际会议上作口头报告25次。共培养了8名博士和4名硕士。项目负责人陈鹏飞于2016年入选教育部长江学者特聘教授计划，2017年入选江苏省333工程第二层次人才计划，2017年获得亚太地球太阳物理青年成就奖，2018年世界空间科学委员会（COSPAR）E2分会副主席，2019年当选瑞士国际空间科学研究所学术委员会委员，2016年至今担任Reviews of Modern Plasma Physics期刊副主编、Science China Physics Mechanics Astronomy期刊、《天文学进展》期刊和《天文学报》期刊的编委，也担任Solar Physics期刊顾问委员会委员。