太阳针状体和日冕加热关系研究

Coronal heating is one of the outstanding science questions of solar physics. Since 1960s, as a potential candidate for heating corona, spicule has been paid great attention. However, until now it is still an enigma on the spicule formation mechnism and its role in heating corona. Since 2006, with the unprecedented temporal-spatial resolution, Hinode could distinguish a single spicule. It inspires a new era for the research on spicule. This project focuses on the dynamic evolution process of spicule and its contribution to coronal heating. Combining the CaⅡ H observations from Hinode/SOT, the Extreme Ultra-Violet and magnetic field observations from SDO space telescopes, as well as other ground-based observations, we will: 1) investigate the real life story of spicule in solar chromosphere and make sure if there is the "Type II" spicule for heating the corona; 2) clarify the properties and how many types of spicule clusters, one of which is consisting of these spicules owing similar dynamic behaviors; estimate if the energy, taken by a spicule cluster is enough to heat the local corona; discuss the formation mechnisms of different types of spicule clusters; 3) and investigate the way for connecting the chromospherical spicule and the coronal atmosphere. In brief, based on the research supported by this project we will basically make sure the contribution from the spicule for the coronal heating.

日冕加热问题是太阳物理重大科学难题之一。 自从上世纪60年代以来，针状体作为日冕加热可能的候选体而备受关注。但是至今针状体的形成机制以及其如何加热日冕仍然是未解之谜。 2006年成功发射的具有极高时空分辨率的Hinode卫星，可以分辨单根的针状体，开启了对针状体性质的新一轮的观测分析。本项目重点研究针状体的动力学演化特征及其对日冕加热的贡献。结合Hinode/SOT的CaⅡ H线观测，SDO卫星的紫外和磁场观测以及地基观测，我们将开展以下三方面的工作：1）探讨太阳色球层不同区域的针状体的真实生命图景,判断是否存在可加热日冕的"第二类"针状体；2）对具有相似动力学行为的针状体组成的针状体簇的性质进行科学描述和分类；计算针状体簇蕴含的能量并判断其是否足够加热日冕；探讨不同类型针状体簇的产生机制；3）探讨色球针状体和日冕大气的联系方式。通过本项目的研究，基本确定针状体对日冕加热的贡献。

研究进展顺利，完成了项目预期目标。在SCI核心刊物发表了13篇研究论文（其中ApJ 11篇）。工作主要集中于喷流、针状体簇、波的观测和性质研究，并探讨它们和日冕加热的关系，取得了一系列发现性成果：喷流内部拓扑结构演化、光球黑子亮桥上的亮墙、同时传播的快慢磁声波和反射波的次级波。.1. 通过对小尺度事件的观测，准确描述它们的初发、爆发和演化过程，探讨其对日冕加热可能的贡献和方式。利用2013年才发射升空的太阳界面层成像仪（IRIS），我们捕获到了一个具有非常精细结构的喷流，第一次观测到其内部拓扑结构的详细演化过程，并注意到磁重联一旦停止，喷流物质将流回太阳表面。我们利用云南天文台新真空太阳望远镜（NVST）的TiO 705.8 nm的图像观测，在光球黑子亮桥上，发现了针状体簇的候选体--亮墙，并认为压力波引起的太阳径向脉动激发了亮墙的振荡，而亮墙持续的亮度增强表明存在着持续的小尺度磁重联或者磁声波加热过程。进一步的研究发现，外界的扰动会使亮墙的增强，主要表现为亮墙辐射的增强、高度的增加、振幅的扩大。基于NVST高时空分辨率的Hα数据，我们观测到了一个被暗条物质的流动所追踪出来的磁流绳结构。在被磁流绳束缚的暗条激活过程中，磁流绳结构在高温和低温波段都能探测到，但是在Hα和EUV波段存在一个反相关。这可能意味着，在暗条的激活过程中存在某种轻微的加热过程，从而使得冷的暗条物质被加热到了日冕的温度。.2. 基于太阳是最好的一个等离子体实验室，我们研究了日冕加热的另一类重要候选体---磁流体力学波的传播性质，通过太阳动力学天文台（SDO）第一次观测到了快慢磁声波可以同时沿着同一日冕等离子体结构传播，而且互不影响。在膨胀的日冕物质抛射过程中产生的极紫外波经过冕洞时发生反射，反射波在遇见大尺度环系时产生了一个速度更快的次级波。.以上研究表明，在物质和波均可加热日冕，在加热日冕过程中，磁重联都是必不可少的重要的机制。