二流体模型下的色球类埃勒曼炸弹和微耀斑的数值实验

Compared to the solar corona, the plasma mass density in solar chromosphere is much higher, and the temperature is much lower, mostly below 10000 K, except in the upper chromosphere. Therefore, the plasma is partially ionized and the density stratification effect is also strong in solar chromosphere. In such an environment, we have to include the radiative cooling, the gravity, the ambipolar diffusion caused by the decoupling of neutral and ionized plasmas, and the recombination effect to study magnetic reconnection. As long as the temperature increases to a value close to that in solar corona, the heat conduction effect also has to be included. In this project, we will firstly build a two fluid MHD model which includes the above five physical effects. Secondly, we will compile a two fluid MHD code by using the C language and some necessary skills, the code will be tested many times before it can be used. Finally, we will simulate the eruptions in solar chromosphere by using this code, the suitable physical parameters, initial and boundary conditions will be set according to a particular event. The main research objects including two aspects: (1) Analyzing the IRIS observation data and getting the important parameters and conditions, we will simulate a reconnection process which happens at the solar minimum. The physical mechanisms which lead to the formation of the high temperature bombs will be studied. (2) Analyzing the data about micro flares in solar chromosphere from the 1 meter solar telescope in Yunnan observatories, we will simulate the detailed eruption process of a particular flare and compare the results with observations.

太阳色球的等离子体密度远远高于日冕，并且由于重力作用密度分层明显, 温度一般在10000K以下, 等离子体部分电离。 在这样的环境下, 我们研究磁重联过程, 需要考虑辐射冷却作用、重力作用、由于中性粒子和被电离的粒子之间的退耦合作用而产生双极扩散效应， 以及电离非平衡效应。如果磁重联过程中温度升高而逐渐接近日冕温度则需要考虑热传导作用。 在本项目的研究过程中, 我们将首先建立一个包含以上五个物理效应的二流体磁流体力学模型。接着, 运用C语言和合适的编程技术来编写相应的二流体的磁流体力学程序。最后，运用调试好的程序, 设置合理的物理参量, 初始条件和边界条件, 用来模拟太阳色球层的一些爆发活动。主要包括两个方面的研究：(1) 结合IRIS的观测资料，模拟温度极小区高温bombs的产生过程, 找到这些高温bombs产生的物理机制。(2)结合云南天文台1米红外太阳台的观测资料，模拟某个特定微耀斑

随着地面和空间望远镜的分辨率不断被提高，大量的与磁重联有关的小尺度活动被观测到，它们的形成机理有很多未解之谜。这些小尺度活动通常发生在太阳色球附近，这里的等离子体密度远远高于日冕，重力作用下的密度分层明显，温度通常在10, 000 K以下，等离子体部分电离。本项目的研究内容包括：（1）开发和完善包含离子和中性粒子之间相互作用的多流体磁流体力学程序；（2）通过数值模拟的方法研究太阳低色球导致快磁重联发生和等离子体加热的主要物理机制；（3）运用空间和地面望远镜研究太阳色球中的一些重联事件，用数值模拟结果解释其中的观测现象。我们的主要研究成果包括：（1）在多流体磁流体力学程序中添加了更符合太阳色球环境的辐射冷却、热传导和重力分层效应，修改程序以解决低等离子体β中由于负密度和负压强的出现而导致程序出错的问题；（2）通过模拟不同尺度和磁场强度下低色球中的磁重联过程发现：在弱磁场高等离子体β的情况下，离子和中性粒子在入流区分离，强的复合率是导致快磁重联发生的主要物理机制；在磁场较强（几百高斯）、β较小时，磁岛不稳定性是最终导致快磁重联发生的主要物理机制；（3）重联磁场较弱时，等离子体很难被加热到10, 000 K以上，对应着传统埃勒曼炸弹的产生；强磁场环境下，就算考虑了非平衡电离，温度极小区附近的等离子体也能被加热到20, 000K上，很可能对应着紫外暴的产生；（4）通过多波段光谱和成像观测发现了黑子亮桥上频繁出现的由色球磁重联触发的喷流；研究了色球上方由磁重联触发的双向喷流，运用模拟数据合成的Si IV谱线与观测结果非常吻合。被完善的多流体程序将来能被广泛应用于太阳低层大气小尺度活动的研究。我们的研究结果已经成为解释太阳低层大气局部加热的主流机制。 运用该项目的研究成果，我们发表了12篇SCI论文。该项目资助培养了多名研究生，项目成员的研究水平也得到了很大的提升。