太阳多时空尺度活动的耦合过程研究

The coupling among multiple spatio-temporal solar activities is a basic problem in solar physics. In recent years, the development of solar observational instruments from both ground-based and space-borne provides unprecedented chance to study the coupling process. This project focuses on the study of the multiple scale coupling of active region activities in 24th solar cycle. (1) Active region emergence and evolution. The interaction of magnetic field and flow field during the initial emerging process, e.g. the giant EUV surges, the variation of temperature and density within the magnetic structures. (2) The coupling between active regions and the around quiet Sun. Based on the long (longer than 100 hours) and continuous interaction of active region and the quiet Sun during the active region development process, we probe the contribution of the interaction to coronal heating. (3) The coupling of eruptive activities in active regions. We reveal the erupting mechanism and interaction of flares, filaments, magnetic flux ropes and coronal mass ejections, and the relationship between erupting activities and evolution of background magnetic fields. Combining the ground-based and space-borne data, we study the correlation of magnetic activities on multiple scales among eruptive activities, understand the accumulation, transmission, and relaxation process of the energy, and find the physical relationship and the coupling of different scales in eruptive activities. Relying on this project’s support, and basing on the high resolution and multiple wavelength observations of 24th solar cycle, we hope to obtain a series of innovatory results on the coupling of multiple spatio-temporal activities.

太阳多时空尺度活动的耦合过程是太阳物理学的一种基本物理过程。近年天基和地基太阳观测手段的发展，为研究耦合过程提供了前所未有的机遇，本项目拟集中研究24太阳周与活动区相关的多时空尺度活动的耦合过程。（1）活动区浮现与演化：浮现初始过程中磁场与流场的相互作用（如浮现过程中的紫外巨喷流），磁场结构的温度和密度变化，如在低温日冕的浮现暗化等；（2）活动区与周围宁静区相互作用： 活动区在发展过程中与周围宁静区之间长期的（大于100小时）持续不断的相互作用，探讨其对日冕加热的贡献；（3）活动区爆发活动：耀斑、暗条、磁流绳和日冕物质抛射的爆发机制和相互作用，结合地基天基数据，研究爆发活动中各种尺度磁活动的内在联系，理解能量的积累、传输和释放过程；发现不同时空尺度活动现象之间的物理联系和相互耦合过程。依托本项目的支持，基于24太阳周高分辨率多波段观测，期望在多时空尺度活动的耦合过程研究中取得系列创新成果。

本项目主要研究第24太阳活动周与活动区相关的多时空尺度活动的耦合过程。具体包括（1）活动区浮现与演化：浮现初始过程中磁场与流场的相互作用（如浮现过程中的紫外巨喷流），磁场结构的温度和密度变化，如在低温日冕的浮现暗化等；（2）活动区与周围宁静区相互作用： 活动区在发展过程中与周围宁静区之间长期的（大于100小时）持续不断的相互作用，探讨其对日冕加热的贡献；（3）活动区爆发活动：耀斑、暗条、磁流绳和日冕物质抛射的爆发机制和相互作用，结合地基天基数据，研究爆发活动中各种尺度磁活动的内在联系，理解能量的积累、传输和释放过程；发现不同时空尺度活动现象之间的物理联系和相互耦合过程。2016-2020年间，项目组各成员共同努力，顺利完成项目研究内容，实现项目科学目标。在国际核心刊物上发表论文57篇（其中Nature子刊论文3篇），其中部分研究成果处于国际领先水平。在活动区的浮现与演化方面，通过对产生第24太阳活动周最大耀斑的活动区的浮现与演化进行研究，提出触发大耀斑的“阻滞-感应爆发”新模型；研究了活动区黑子的演化过程，发现并命名黑子亮桥上的新结构—亮墙。在活动区与周围宁静区相互作用方面，发现活动区磁场与活动区周围小尺度磁场相互作用产生的新现象—色球炮弹；首次报道了活动区扇形喷流传播到附近谱斑区形成的表观扇形喷流。在活动区爆发活动方面，我们对爆发活动机制—磁重联进行了拓展研究，对三维磁重联的观测特征进行量化和归类；基于大样本统计研究的结果，揭示决定大耀斑爆发属性的重要因素；首次在太阳大气中观测到Kelvin-Helmholtz不稳定性发生发展的详细过程。