日前，日冕物質(zhì)拋射（Coronal Mass Ejections，CME）數(shù)值模擬研究取得突破性進(jìn)展。國家空間科學(xué)中心空間天氣學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室太陽-行星際-地磁天氣團(tuán)隊(duì)(Solar-Interplanetary-GeoMAgnetic Weather Group, 簡稱SIGMA天氣組)：江朝偉（第一作者）、馮學(xué)尚（通訊作者）同美國阿拉巴馬大學(xué)空間物理學(xué)家合作，首次以SDO時(shí)序觀測數(shù)據(jù)驅(qū)動模擬再現(xiàn)了2011年9月6日發(fā)生于活動區(qū) AR 11283 的日冕物質(zhì)拋射觸發(fā)過程。這項(xiàng)研究成果發(fā)表在美國權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《天體物理快報(bào)》（The Astrophysical Journal Letters，ApJL) 第771期。

作為空間天氣的主要驅(qū)動源，太陽爆發(fā)活動如日冕物質(zhì)拋射究竟是如何被觸發(fā)的疑問長久困擾著太陽物理和空間物理學(xué)界。大量觀測研究試圖解決這一問題，但至今，圍繞該疑問的爭論依然激烈?；诖帕黧w（MHD）模型的數(shù)值模擬是研究日冕物質(zhì)拋射觸發(fā)過程的強(qiáng)有力工具和重要技術(shù)手段，該方法從定量上揭示可能的爆發(fā)機(jī)制并再現(xiàn)爆發(fā)過程。目前，國際上多個(gè)研究小組都致力于開發(fā)能夠重現(xiàn)日冕物質(zhì)拋射觸發(fā)過程的三維時(shí)變MHD數(shù)值模式，但是往往止步于簡單、理想化的磁結(jié)構(gòu)，如偶極子、四極子磁場或解析形式的磁通量繩，無法表現(xiàn)真實(shí)、復(fù)雜的日冕物質(zhì)拋射爆發(fā)過程。

SIGMA天氣組江朝偉等人創(chuàng)造性地聯(lián)合靜態(tài)日冕磁場外推技術(shù)和時(shí)變的MHD模式，將爆發(fā)前真實(shí)的三維磁場重構(gòu)數(shù)據(jù)輸入到最新開發(fā)的由觀測數(shù)據(jù)驅(qū)動的CESE-MHD模式中，數(shù)值再現(xiàn)了2011年9月6日發(fā)生于活動區(qū) AR 11283 的一次大型爆發(fā)過程（見圖一）。

為獲得爆發(fā)前準(zhǔn)靜態(tài)的磁場位形，作者利用之前開發(fā)的高性能日冕非線性無力場外推方法，重構(gòu)了和觀測一致的三維磁場（見圖二）。通過對爆發(fā)前磁場的定量分析和磁拓?fù)浣馕觯l(fā)現(xiàn)了爆發(fā)前活動區(qū)內(nèi)存在特殊的所謂“Sigmoid”的 S 形磁繩，其觀測表現(xiàn)為極紫外的高溫S形日冕環(huán)；此外，該研究組還發(fā)現(xiàn)在磁繩和其束縛磁場之間還存在潛在的電流環(huán)不穩(wěn)定性（Torus instability），在背景場內(nèi)存在一個(gè)日冕磁零點(diǎn)（Magnetic null)；種種跡象均表明該次爆發(fā)事件極有可能是發(fā)生于磁零點(diǎn)的磁場重聯(lián)削弱了背景場的束縛力，使磁繩產(chǎn)生了一定的膨脹，并觸發(fā)了電流環(huán)不穩(wěn)定性，從而導(dǎo)致了最終的爆發(fā)。模擬結(jié)果有力地驗(yàn)證了這一過程，并與太陽動力學(xué)衛(wèi)星（SDO）的觀測完美吻合。

這項(xiàng)研究成果作為太陽物理領(lǐng)域中的一項(xiàng)重要技術(shù)成就，將為科學(xué)家進(jìn)一步理解日冕物質(zhì)拋射和建立基于物理的空間天氣預(yù)報(bào)模式奠定基礎(chǔ)。

原文鏈接：http://iopscience.iop.org/2041-8205/771/2/L30  

Citation：Jiang, C. W., Feng, X. S., Wu, S. T., and Hu, Q. (2013), Magnetohydrodynamic Simulation of a Sigmoid Eruption of Active Region 11283, ApJL, 771, L30.

（供稿：空間天氣學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）

　 　　　　　　 圖一：2011年9月6日CME觸發(fā)過程的SDO 觀測和 MHD 模擬。

　　　　　　　　　　　　  圖二：CME 爆發(fā)前的磁場拓?fù)湮恍?/SPAN>