日冕物质抛射的起源和触发机制研究

Corona mass ejections (CMEs) are one of the most important solar activities. They originate from the solar atmosphere, being able to release large qutantities of plasma and magnetic field into the interplanetary space with the speed of even over 1000 km/s, probably affecting the safety of the space envirinment around the Earth severely. Therefore, investigating the origin and initiation of CMEs not only benifits toward understanding the essence physics behind the solar activies but also in favour of exactly predicting the space wheather events. The projects will first study the evolution of the CME core structure, flux rope, by inspecting images in all EUV and UV passbands, dertermining temperature and density in different structures of CME-associated active region under the help of a differential emission measure reverse method, extropalating three-dimension nolinear force-free field structures based on the vector data, finally revealing the origin, physical properties, and evolution patterns of the CME flux rope. Secondly, we will focus on the kinematics of the CME flux rope, determining the exact onset of different evolution phases (the slow rise phase and impulsive acceleration phase), studying physical properties and evolution patterns in each phase. We will also compare these properties and patterns with that in various CME models, uncovering the physical mechanism dominated in each phase. In short, we will provide an entire picture on the origin, initiation and eruption of CMEs.

日冕物质抛射（CME）是最重要的太阳活动之一。它从太阳大气中抛射出来，可以以每秒上千公里的速度把大量的等离子体和磁场传输到近地空间，可能对空间环境的安全产生严重影响。因此，研究CME的起源和触发不但对理解太阳活动的物理本质，而且对准确预报空间天气灾害性事件都具有重要的现实意义。本项目计划首先利用多波段成像观测研究CME核心结构-磁绳的长期演化，通过微分辐射测量反演技术推断CME活动区各种结构的温度和密度属性，基于矢量磁场外推CME活动区的三维非线性无力场结构，最终揭示CME磁绳的存在性质、物理特征和演化规律。其次，通过详细的运动学分析，确定CME磁绳不同演化相的开始，总结不同演化相的物理特征和规律。通过和各种CME理论模型的比较，确定CME磁绳不同演化相的主导物理机制。最终，在观测上给出一个CME从起源，触发到抛射的完整物理图像。

本项目主要研究日冕物质抛射(CME)的前身结构—磁绳的起源和触发机制，以及爆发过程中的三维磁重联过程。我们发现在CME爆发之前，其源区的剪切磁场通过相互重联可以形成磁绳。其EUV特征表现为两组剪切环向S型环的转变，背后的驱动机制为光球的各种流动包括剪切流和汇聚运动。另外IRIS的光谱观测表明在重联点的Si IV和C II线表现出明显的蓝移和谱线增宽，而Mg II线则表现为红移和增宽，这表明磁重联的位置甚至延伸到低层大气之中。另外，我们还设计了一个数学模型，通过拟合磁绳在低日冕的运动学演化，首次确定了CME脉冲加速的开始时刻。最后，通过不同视角的观测，我们首次重构了磁绳引起磁重联的三维磁拓扑结构和演化，结果强有力地支持了磁绳导致CME和耀斑的爆发模型。总的来说，所有这些结果不但加深了我们对CME和耀斑的起源和早期动力学过程的理解，而且有助于提高今后的空间天气预报水平。