旋转太阳黑子和太阳爆发的观测研究

Sunspot rotational motions have been observed for many years. However, the investigation on it is still relatively rare.In recent years, the close relationship between rotating sunspots and the intense solar eruptive activities attracts people's attention. With the launch of multiple satellites and the constrcution of ground-based telescopes, the high spatial and temporal resolution data can be obtained for the research of rotating sunspots. It is a good opportunity to research the magnetic field evolution of rotating sunspots and the associated solar eruptions. This project is intended to carry out the investigation in the following areas: First, the properties of the magnetic field of rotating sunspots and its evolution characteristics will be studied. Some physical quantities (current helicity, magnetic helicity and free magnetic energy,etc) can be obtained by analying the magnetic fields.The change of these physical quantities before and after the eruption will be studied; Second, the relationship between rotating sunspots and solar eruptions will be investigated through analyzing multi-wavelength observational data. The magnetic field characteristics of rotating sunspots and the short-term evolution of the magnetic field structures in the upper atmosphere will be focused. The role of the magnetic field structure in the solar eruptions can be investigated; Third, the statistical relationship between rotating sunspots and flares/CMEs will be studied. The results can provide the basis for solar forecast. The difference between the different types of rotating sunspots in the solar eruptions will be figured out. We will try to find out what physical quantities trigger solar eruptions; Fourth, the relationship between the symbol of the rotating sunspots and the chirality of the magnetic field structures in the two hemisphere will be studied.

黑子的旋转运动被观测到已经很多年了，但关于它的研究还比较少。近年来由于它和剧烈的太阳爆发活动有着密切关系才引起人们的关注。随着多个卫星上天和新地面望远镜的建成，为研究旋转太阳黑子提供了高空间和时间分辨率的数据，对研究旋转太阳黑子的磁场演化及相关的太阳爆发提供了一个最佳的研究时机。本项目拟在（1）旋转太阳黑子磁场的性质及其演化特点。计算得到一些物理量（电流螺度，磁螺度及磁自由能等），看这些量在太阳爆发前后的变化情况；（2）多波段分析旋转太阳黑子和太阳爆发之间的关系。研究旋转太阳黑子光球磁场特征及其高层大气短时标磁结构的变化，看这些磁场结构在太阳爆发中所起的作用；（3）研究旋转太阳黑子和耀斑及CME的统计关系，为太阳活动预报提供依据。对不同类型的旋转太阳黑子进行分析研究，看他们之间有什么差异。探索什么物理量的变化才是导致太阳爆发的原因；（4）研究旋转太阳黑子和太阳南北半球磁场结构手征性的关系。

太阳爆发活动对日地空间环境有很大影响，但是太阳爆发活动的起源一直没有弄清楚，之前由于观测数据时间和空间分辨率不高，对太阳爆发活动的形成原因和触发机制的研究还不是特别透彻，该方面的研究也一直是太阳物理研究的重点和难点。. 该项目主要的研究内容是对活动区中旋转太阳黑子和太阳爆发活动的关系进行详细的分析研究。基于云南天文台澄江抚仙湖一米太阳望远镜光球和色球观测数据，同时结合SDO空间卫星数据，对太阳黑子在太阳爆发活动中所起的作用进行了详细的研究，取得了一系列原创性研究成果：第一，首次提出活动区暗条形成与旋转太阳黑子有密切关系。通过高分辨率数据分析发现小黑子的剪切和旋转运动是形成暗条扭缠磁结构的重要原因，揭示了扭缠磁结构形成原因；第二，首次发现磁重联释放磁扭缠这一新的物理过程。磁重联是导致磁能释放的主要方式之一，但是磁能是怎么被释放出去的，详细的物理过程还不是很清晰。通过这个研究就发现了磁重联新的作用；第三，发现小尺度磁绳浮现伴随着黑子的旋转运动，同时小尺度磁绳爆发形成M级耀斑和日冕物质抛射。这也是首次观测到这些小的磁绳浮现。第四，证实扭缠不稳定性是触发暗条爆发的机制之一；第五，详细研究暗条的精细结构；该项目执行期间共发表SCI论文17篇，其中多数发表在国际知名杂志上例如Nature Communications, ApJ等。这些研究成果大部分是基于国内自主研制的望远镜数据，大大提高了国内设备在国际天文界的地位。同时相关研究成果在中国科学院首页报道和国内多家媒体进行了报道，并入选2016年度十大天文科技进展及中科院十二五优秀成果展。. 对太阳爆发活动起源的研究，有助于更加准确地对空间天气的预报。同时这些研究对其它天体物理的研究有一定借鉴意义。