复杂日冕磁绳系统爆发活动的观测与数值模拟研究

Since the solar-terrestrial system is mainly disturbed by large-scale solar eruptions originated from coronal flux rope systems, it is of great significance to investigate the eruptive mechanism of coronal flux rope systems. Recently, it was found in many observational studies that there could be more than one flux rope in an eruptive flux rope system. Because of the interaction between different flux ropes, the evolution of the system could be rather complex. In this project, we investigate the catastrophic behaviors of this kind of complex flux rope systems, including the triggering mechanism and the eruptive process of the system under different conditions. This project is expected to reveal possible eruptive mechanisms of different kinds of coronal flux rope eruptions and get a general knowledge about the eruptive properties of the complex flux rope system, thus shed light on the evolutionary scenario of the system. The research in this project should provide theory for large-scale solar eruptions, which is important in promoting space weather forecast.

日冕磁绳系统爆发所产生的太阳大尺度爆发活动是空间天气现象主要的驱动源，因此，研究日冕磁绳系统爆发的驱动机制和演化过程，对于空间天气预报有着重要的意义。近年来，对太阳爆发活动的观测研究发现，产生爆发活动的日冕磁绳系统中可能存在不止一个磁绳。在这种复杂的磁绳系统中，不同的磁绳间存在相互作用，从而造成系统演化特性变得更加错综复杂。针对太阳爆发活动的演化规律问题，本项目以复杂日冕磁绳系统为研究对象，采用数值模拟与观测分析相结合的方法，研究复杂日冕磁绳系统的灾变演化特性，分析不同条件下磁绳系统灾变的驱动机制和动力学过程。项目预期将揭示复杂日冕磁绳系统中不同种类爆发活动的可能的驱动机制，并对不同条件下复杂磁绳系统的演化特性有一个较为系统完整的认识，从而得到复杂磁绳系统演化的整体物理图像。项目的研究成果能够为研究太阳爆发活动的演化规律提供理论依据，对于推动空间天气预报的发展具有重要意义。

日冕磁绳是太阳爆发活动的核心结构，而太阳爆发活动正是灾害性空间天气的起源。在本项目的三年执行期内，主要围绕日冕磁绳系统，特别是较为复杂的日冕磁绳系统，通过观测分析和数值模拟，并结合观测数据挖掘方法的开发，研究日冕磁绳爆发的驱动机制和演化过程。通过理论研究发现，在日冕磁绳系统中，磁绳质量的改变能够引起磁绳产生向上灾变和向下灾变，这一结果很好的拓展了现有的理论框架，使之能够为日冕磁绳系统中不同类别的活动现象提供物理模型。在此基础上，针对通量注入这一类典型的光球层浮现过程，通过结合观测与理论分析，研究爆发驱动过程的物理本质，并据此提出了太阳爆发的通量注入驱动机制，为太阳上的磁场结构逐步积累能量并最终爆发的演化过程提供了一种全新的物理图像。同时，针对磁绳爆发产生的日冕物质抛射结构在行星际空间中的传播和演化过程，不仅分析了日冕物质抛射的偏转特性，而且开发了基于行星际空间多视角成像观测的数据挖掘方法，实现了局地太阳风速度的估算，以及太阳风扰动结构的三维重构等，这些方法都可以很好的服务于太阳和行星际空间的相关观测与理论研究。.在本项目的资助下，共发表SCI期刊论文7篇（包括1篇ApJL，4篇ApJ，1篇A&A，1篇JGR）。项目执行期间，项目组成员庄彬和程治勋在项目的支持下，顺利博士毕业并获得了博士学位，项目负责人张全浩于2021年入选中国科协“青年人才托举工程”。