太阳耀斑加热和动力学响应的多波段资料分析

The energetics and dynamics of solar flares are fundamental and important topics in solar physics. Although lots of studies have been done on these topics, there still exist some key but not fully resolved questions, for example, mechanisms of energy release of solar flares, dynamic response of the flare atmosphere. In this project, we will study the heating and dynamic processes in different flare atmospheric layers through the multi-wavelength imaging and spectroscopic observations from IRIS, BBSO, SDO, and Hinode. By far, the solar transition region is not understood very well because of its complexity: the temperature and density vary quite much with height. The Interface Region Imaging Spectrograph (IRIS), launched in June 2013, can provide high resolution spectroscopic data in far and near UV bands, which mainly detect the transition region and chromosphere. We focus on analyzing the heating and dynamic processes of the chromophere and transition region, also of the photosphere and corona with multi-wavelength data. Our study is helpful to further understand the energy and dynamic processes in different atmospheric layers, in particular the lower layers (chromosphere and transition region), and to improve the standard model of solar flares.

太阳耀斑能量和动力学过程是太阳物理中一个基础而重要的课题。目前，虽然有许多工作针对此课题进行展开，但其中依然存在一些关键问题未彻底解决，如耀斑的能量释放过程、能量释放的主要形式、以及耀斑大气的动力学响应等。本项目拟利用高分辨率的多波段观测数据（IRIS、BBSO、SDO、以及Hinode）从光谱和成像两方面对耀斑大气各层次的加热过程和动力学响应进行研究。太阳过渡区由于物理条件特殊 (温度和密度等参量随高度变化非常大)，人们对其了解尤其少。2013年6月发射的IRIS (界面层成像光谱仪) 可提供分辨率非常高的远紫外和近紫外光谱资料，主要探测过渡区以及色球层。我们将研究重点放在色球和过渡区的加热和动力学过程上，同时利用多波段观测资料对光球和日冕所有耀斑大气层次进行分析。本项目预计能深入了解耀斑大气各个层次，尤其是低层大气（色球和过渡区）的能量过程和动力学响应，最终期望完善太阳耀斑的物理图像。

太阳耀斑能量和动力学过程是太阳物理中一个基础而重要的课题。考虑到此课题中依然存在一些关键问题未被彻底解决，如耀斑能量何时何地被释放、能量如何被传输、以及耀斑大气对能量沉积如何响应等，本项目从而被提出并围绕这些关键问题进行了多波段资料分析研究。本项目的研究内容主要有：耀斑能量的释放过程—主要通过磁重联机制，耀斑大气对能量沉积的动力学响应—色球蒸发和压缩现象，以及能量传输形式。重要研究结果及科学意义有：I. 在耀斑磁重联方面，(i) 得到标准双带耀斑中磁重联的清晰且确凿的观测证据。磁重联过程很难被直接观测到，目前的观测证据大都间接和零散。我们在一个经典双带耀斑的优质事件中，同时从色球和日冕层次提供了磁重联确凿且相对完整的证据，并得到了重联的一些特性（如重联率），由此获悉了能量释放速率等。(ii) 首次发现奇异X形耀斑的三维磁零点重联。X形耀斑带实则是三维分界线重联的一个有力证据。成像和光谱资料揭示此分界线重联主要发生在过渡区乃至色球等较低层次，说明耀斑能量可以在除日冕外的大气较低层次直接释放。值得注意的是，三维磁零点重联主要在理论上被提出，而鲜有观测证据。此工作一方面有助于验证磁重联理论，另一方面从观测上完善了耀斑分类，并有助于研究能量释放过程。(iii) 磁重联发生的区域（即电流片）具体有哪些物理过程还不是很清楚，利用高分辨率光谱资料，我们发现了电流片中存在较强的湍动速度，并且与谱线的强度呈反比关系。这说明电流片中存在内部精细结构（磁岛），使得磁重联在较厚的电流片中也可以快速进行，进而快速释放能量。II. 在耀斑色球蒸发和压缩方面，(i) 发现高温谱线整体蓝移，这与理论模型完全吻合。以往观测显示，高温谱线只是呈现蓝不对称，而由静止分量占主导，这与理论模型相矛盾。我们的新结果填补了以往观测的空白，并揭示了高空间分辨率观测的优势。(ii) 发现低温谱线整体红移，与以往大多数观测结果不同。这可能与耀斑能量的传输形式有关，由此可通过分析谱线轮廓形状来探究耀斑能量传输形式。