第24太阳活动周X级耀斑的源区三维磁场演化

Flares and Coronal Mass Ejections (CMEs) are typical eruptions in the solar atmosphere, which are determined by the topology and evolution of their source magnetic fields. Thus, study on the magnetic sources will improve people's knowledge to the origin and triggering mechanisms of the eruptions. In this project, we will study the evolution of the three dimensional (3-D) source magnetic fields of X-class flares (some of which are accompanied by CMEs) in Solar Cycle 24, and try to draw some universal rules from the statistical view. For each event, we will reconstruct its source magnetic fields at each interested moment using HMI photospheric vector magnetic fields as boundaries, and locate the key structures for the eruption, such as flux ropes, quasi-separatrix layers, etc., then study their evolution. Magnetic parameters, such as magnetic free energy, decay index, etc., will also be calculated and studied. We will work on some scientific questions through this project, such as the details of the evolution of the key eruption structures, the formation time of the flux ropes in CMEs, and the differences between the source magnetic fields of confined and eruptive flares. Further, to comprehend the relevant plasma physical process, and shed light on the study of space weather forecast.

耀斑和日冕物质抛射（CME）是太阳大气中的典型爆发现象，其产生取决于源区磁场的位形及演化。因而，对源磁场的研究能够帮助人们理解耀斑和CME的形成及触发。本项目拟以第24太阳活动周的X级耀斑（部分有CME伴随）为样本，逐事件研究爆发源区三维磁场的演化，并从统计的角度总结出普遍规律。执行中，将针对每个事件的选定时段，以HMI光球矢量磁场数据为底边界，利用日冕磁场外推模型，逐时刻重构爆发源区的三维磁场；并结合成像观测，定位出与爆发相关的准分界面、磁绳等关键磁拓扑结构，研究其演化；同时计算磁自由能、衰减因数等磁性质参数，研究其演化。通过执行项目，预期了解与爆发相关的关键磁结构的演化细节，回答CME中磁绳的形成时间、束缚耀斑和爆发耀斑源磁场的区别等科学问题。从而深入理解相关等离子体物理过程，并为空间天气预报研究奠定一定的理论基础。

耀斑和日冕物质抛射是太阳大气中最剧烈的爆发现象，也是灾害性空间天气的主要驱动源，其产生取决于源区磁场的位形与演化，因而对于爆发源区磁场的研究有助于我们理解耀斑和日冕物质抛射的成因。本项目聚焦于第24太阳活动周的大的太阳爆发，利用SDO、STEREO、SOHO等科学卫星提供的观测数据，结合日冕磁场外推等方法，从个例分析与统计分析入手，分析了大爆发源区的磁场演化，从而探讨了大爆发的成因。主要研究内容及取得成果如下：.1）研究了产生了多个X级耀斑的活动区12673浮现早期的三维磁场演化，发现磁浮现阶段的磁绳也是由光球的剪切与对消作用形成的；此外还研究了该活动区中两个连续的X级耀斑爆发前后磁绳的演化，首次通过重构的日冕磁场揭示了束缚耀斑中磁绳的增强过程。.2）统计研究了在太阳正面浮现且产生了大爆发的新浮活动区，通过分析爆发源中性线的形成与演化，发现这些源中性线无一例外由光球的碰撞剪切过程所形成，且中性线的碰撞部分的长度同耀斑等级成正比，这一结果对于基于光球磁场观测的耀斑预报有一定指导意义。.3）分析了一个产生了束缚耀斑的δ黑子区域的磁场位型，发现该区域存在复杂的分叉磁绳以及磁零点，可以解释耀斑的触发，以及耀斑中三带等观测现象。.4）分析了产生自相同活动区的失败爆发与成功爆发在发生前源区磁环境的差异，发现成功爆发在产生之前其源区的非势性较强，爆发中洛伦兹力较大；此外还统计分析了24活动周部分M5.0级以上的束缚耀斑，发现这些耀斑可以分为两类，其区别在于爆发中是否涉及磁绳结构。.项目执行中共发表标注资助的高水平SCI论文8篇，含第一标注3篇，第二标注1篇，其他标注4篇。