日冕物质抛射中磁通量绳的证认、诊断和爆发前兆的研究

Coronal Mass Ejections (CME), as the most important form of solar activity and the main driving source of disaster space weather, have always been an important object of study in astrophysics. Thanks to the diversities of solar observations, more and more evidence shows that the twisted magnetic flux ropes (MFR) exist as the main structures in most of the CMEs. However, there are a lot of unsolved questions about MFR, e.g., whether they really exist, which phase they appear during a CME process, and which layer of solar atmosphere they can form and evolve? All of these are key scientific issues, and are paid important attention, but keep unsolved in the current solar physics. This project is planned to combine most of the space-based and ground-based observations, (1) identifying all the front CMEs who have available spectrum observations, determining whether MFR really existing in most of the CMEs, their related key parameters, and how they form and evolve — emerge up to the corona from below the photosphere, or form by multi-step magnetic reconnections to reconfigure different layers of solar structures, or are produced during the CME eruption process? How many ways do they form? (2) investigating the precursor activity of MFR-related CMEs with emphasis on identifying the associated characteristics and properties, and giving the physical description and quantitative criteria for the precursor activity; (3) analyzing the erupting mechanism of MFR-related CMEs, understanding the individual role of magnetic reconnection and MFR during a CME process. It hopes to provide new observational facts for the current physical models to make important amendments and develop new physical understanding about solar eruptions.

日冕物质抛射（Coronal Mass Ejection, CME）作为太阳活动的重要形式和空间灾害性天气的主要驱动源，一直是天体物理研究的一个重要对象。丰富的观测不断表明大部分CME中存在纽缠的磁通量绳结构；但CME磁通量绳是否存在,在CME发展的哪个阶段和在太阳大气的哪个层次开始形成及演化等问题，是目前太阳物理研究十分关注又未能解决的关键科学问题。本项目拟综合地基和空基多波段高分辨率观测，（1）证认出有光谱观测的全部正面CMEs事件，诊断CME磁通量绳是否存在、关键物理参数、如何形成和演化——光球下形成浮现；不同层次多步磁重联形成，或在CMEs爆发过程中形成等一种或多种形式？（2）诊断与磁通量绳相关的CME初发前兆活动性质特征，给出CME前兆明确的物理描述和定量判据；分析磁通量绳爆发机制，寻找磁通量绳、磁重联在CME过程中的具体作用；为现有物理模型的修正和发展新的物理理解提供观测基础。

日冕物质抛射（Coronal Mass Ejection, CME）作为天体物理中一种大尺度磁化等离子体抛射现象，是太阳活动最主要的形式之一和空间灾害性天气的主要驱动源，极可能存在于其它恒星和星系尺度对象中。观测表明CME通常有核心磁通量绳（磁绳）结构，但其如何形成演化爆发，是否有普遍的前兆活动，太阳大气多层磁场的响应和关键机制等都是关键未解决的科学问题。基于磁场、紫外、射电频谱成像观测和理论计算：(1)首次证认出活动区间大尺度磁绳，其不稳定上升导致外部磁重联和足点活动区中再次磁重联的复杂感应爆发物理过程；第一次利用宽带射电光谱观测到磁绳顶部发生的外部磁重联，表现为微波准周期脉动及极紫外双向流，(2)发现快模激波驱动上层覆盖磁场奇异点区外部磁重联，及随后的感应爆发；发现外部重联也是暗条感应爆发的重要触发机制；(3）揭示不同尺度磁场具有相似演化爆发机制；宁静太阳同源微耀斑可驱动迷你日冕物质抛射，以及加热等离子体到百万度；发现双极磁浮现出现在太阳极区，但磁轴方向呈随机分布预示局部发电机过程；在百高斯磁场强度的气孔壕沟区域，发现新模式磁浮现是与爆炸米粒相关的新型磁爆发，可能是理论上对流层爆发的首次证据；太阳黑子内复杂结构和细致物理过程被揭示，半影纤维可侵入光桥产生磁重联喷流，并被分成了四类；(4)统计研究发现不同矢量磁场参数预报耀斑指数和日冕物质抛射速度的有效性:发现复杂活动结合体是向极超流的主要来源，通过代数量化向极磁通量传输及其非均匀性，揭示其对极区磁场演化、反转的重要贡献。基于太阳磁场和磁活动的理解，通过测量掩食双星恒星参数，拓展理解类太阳恒星活动结构演化。系列研究成果对理解其日冕物质抛射初发和多尺度太阳磁场演化机制的物理本质，为发展和修正太阳爆发统一的物理模型提供新的重要观测，并有助于从物理上预测和规避灾害性空间天气的影响，同时推动对普遍性天体现象物理机制的揭示和认知。