隨著觀測(cè)能力的不斷提高，太陽上無時(shí)無刻不在發(fā)生的微觀爆發(fā)現(xiàn)象越來越成為科學(xué)家競(jìng)相追逐的熱點(diǎn)問題。因?yàn)檫@些微爆發(fā)與困擾太陽物理界的日冕加熱、高能粒子輻射、太陽風(fēng)起源等重大科學(xué)問題密切相關(guān)，他們包括納耀斑、微暗條爆發(fā)、日冕噴流以及最近引起熱議的"營(yíng)火"（campfires）現(xiàn)象等微小太陽爆發(fā)。最近由“帕克太陽探測(cè)器”（Parker Solar Probe, PSP）在靠近太陽的位置捕捉到了微小太陽高能粒子（SEP）事件，而距離太陽1天文單位的觀測(cè)數(shù)據(jù)中并未發(fā)現(xiàn)它們的蹤跡，這與常規(guī)太陽爆發(fā)所釋放的SEP有所不同。那么這些微小的SEP來自哪里呢？有人提出它們可能來自于接近觀測(cè)極限的小尺度太陽爆發(fā)。此外，除了釋放高能粒子外，這些小尺度爆發(fā)還可能對(duì)太陽風(fēng)的質(zhì)量增加起重要作用。
隨著歐洲航天局（ESA）的“太陽軌道探測(cè)器”（Solar Orbiter, SolO）在2020年2月發(fā)射進(jìn)入太空，人類對(duì)太陽的近距離成像觀測(cè)進(jìn)入了一個(gè)全新的時(shí)代。最近，中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心太陽活動(dòng)與空間天氣重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室劉潁團(tuán)隊(duì)的王瑞副研究員利用Solar Orbiter的極紫外高分辨率成像儀（HRIEUV）的早期數(shù)據(jù)和SDO的多通道成像儀（AIA），對(duì)由小尺度太陽爆發(fā)引發(fā)的微小日冕暗化現(xiàn)象進(jìn)行了細(xì)致研究。
圖1 Solar Orbiter和SDO的聯(lián)合觀測(cè)。（a）行星和航天器的太陽系位置圖示。（b-d）不同視場(chǎng)中微小日冕暗化區(qū)域的HRIEUV觀測(cè)。（e）HRIEUV耀斑后環(huán)結(jié)構(gòu)。（f）SDO/AIA 1600Å中的耀斑帶。（g）SDO/HMI的視向磁場(chǎng)。
圖1展示了HRIEUV的高分辨成像能力，像素尺寸為0.492角秒，相當(dāng)于217公里的日面尺度，微小日冕暗化區(qū)域約為34 Mm。右側(cè)列顯示了小尺度爆發(fā)的尺度僅為約10 Mm，可以通過圖1e的HRIEUV圖像分辨出爆發(fā)后產(chǎn)生的耀斑后環(huán)結(jié)構(gòu)，這通常被認(rèn)為是由于CME上升并拉伸背景磁場(chǎng)導(dǎo)致的遺留磁環(huán)頂部增亮結(jié)構(gòu)，這為微小CME伴隨爆發(fā)的證據(jù)提供了強(qiáng)有力的支持。結(jié)合AIA的紫外觀測(cè)，觀察到了磁環(huán)足點(diǎn)處的增亮結(jié)構(gòu)，這也是CME產(chǎn)生的典型耀斑雙帶結(jié)構(gòu)。對(duì)于我們最感興趣的日冕暗化區(qū)域，通過DEM方法反演處理極紫外數(shù)據(jù)，我們可以估算出物質(zhì)拋射的質(zhì)量變化。
通過聯(lián)合SDO/AIA的多通道觀測(cè)，采用差分輻射測(cè)量法（DEM）來反演溫度分布。結(jié)果顯示（圖2），“心形”暗化區(qū)域并不是由于溫度變化導(dǎo)致的變暗，其溫度幾乎恒定在3MK以下這一典型的日冕暗化區(qū)域溫度。并且通過DEM反演，我們得到了較為準(zhǔn)確的暗化區(qū)域密度變化，這一密度變化反映了由于CME爆發(fā)導(dǎo)致的質(zhì)量損失，約為(1.65 ± 0.54) × 1013克。
圖2 日冕暗化區(qū)域的DEM分析。（a-d）四個(gè)典型時(shí)刻的AIA0.7MK DEM的時(shí)間演化。（e-f）耀斑區(qū)域和心形暗化區(qū)域的歸一化EUV光變曲線。（g）暗化區(qū)域內(nèi)平均密度和溫度時(shí)變曲線。
基于以上結(jié)果，該小尺度爆發(fā)釋放了約1027爾格的自由能，同時(shí)將約1013克的物質(zhì)拋向太空。Torus不穩(wěn)定性分析表明，該類爆發(fā)由于多發(fā)生在太陽寧靜區(qū)，所以背景磁場(chǎng)對(duì)低日冕的微小CME束縛較弱，非常有利于CME從爆發(fā)源區(qū)的逃逸。然而，當(dāng)爆發(fā)CME進(jìn)入中層日冕區(qū)域時(shí)，處于更高位置的冕流帶可能對(duì)CME逃逸到高層日冕進(jìn)行二次阻攔。在STEREO-A/COR2的視場(chǎng)，觀測(cè)到多束窄帶等離子體團(tuán)向行星際空間傳播。最新研究表明，中層日冕區(qū)域可能通過一種復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)來驅(qū)動(dòng)慢速太陽風(fēng)的傳播，這為此次研究物質(zhì)和能量的向外輸運(yùn)提供了一種可能。另外，該工作還提供了類似事件的一個(gè)Solar Orbiter觀測(cè)列表，供感興趣的讀者參考。
該研究成果已在線發(fā)表于The Astrophysical Journal Letters。此項(xiàng)研究揭示了太陽寧靜區(qū)的微爆發(fā)特征及其機(jī)制，對(duì)于理解太陽爆發(fā)的尺度分布、日冕加熱、高能粒子輻射等問題具有重要意義。同時(shí)，研究團(tuán)隊(duì)的成員是國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目——太陽極區(qū)和抵近探測(cè)中的關(guān)鍵科學(xué)問題研究的骨干成員。這項(xiàng)工作為我國(guó)太陽抵近探測(cè)研究提供了良好的預(yù)研和鋪墊，為自主研發(fā)高分辨太陽探測(cè)衛(wèi)星提供了寶貴的科學(xué)數(shù)據(jù)參考和經(jīng)驗(yàn)積累。
Citation:
Rui Wang, Ying D. Liu, Xiaowei Zhao, and Huidong Hu, Observations of Mini Coronal Dimmings Caused by Small-scale Eruptions in the Quiet Sun, 2023, The Astrophysical Journal Letters, 952, L29 (https://doi.org/10.3847/2041-8213/ace437)
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