太阳爆发的能量积累机制研究

We intend to use the full-disk vector magnetic field data with high temporal and spatial resolution and full time and space coverage from the Helioseismic and Magnetic Imager (HMI) onboard the Solar Dynamics Observatory (SDO) satellite to track the full evolutionary process of active regions from before their appearance until the occurrence of eruptive phenomena. We plan to use the data to study the energy accumulation processes and mechanisms during emergence of active regions, to investigate the relative contribution of flux emergence and shear motion to the energy accumulation. Meanwhile, we will employ the non-linear force free field (NLFFF) method and compare the reconstructed coronal structures with the Atmospheric Imager Assembly (AIA) on SDO to study the temporal evolution and spatial distribution of magnetic energy density in the corona above active regions, and explore the relationship between energy accumulation and distribution and solar eruptions. We will also discuss the possibility to predict solar activities based on the temporal nature of the magnetic energy accumulation.

我们拟利用太阳动力学天文台（SDO）卫星上日震和磁场成像仪（HMI）高时空分辨率且在时间和空间上都完整的向量磁场观测数据，跟踪活动区从出现之前直到爆发事件发生的整个过程。研究磁流浮现活动区在浮现过程中能量的积累过程和机制，探讨磁流浮现和剪切运动在活动区能量积累中的作用，同时通过非线性无力场外推等方法结合SDO上大气成像仪器组（AIA）提供的日冕观测图像分析活动区上空能量密度的时间演化和空间分布特性，讨论能量积累及空间分布与太阳爆发活动之间的关系，进而讨论根据各种模型确定的能量积累的时间特性来预测爆发事件的发生的可能性。

我们利用太阳动力学天文台（SDO）卫星、界面层成像光谱仪（IRIS）卫星、RHESSI卫星、STEREO卫星、SOHO卫星等的数据开展了太阳活动区能量积累机制及不同分量的相对贡献研究、太阳活动区磁场拓扑结构（位型）与太阳活动关系研究、活动区亮点与磁场结构的关系研究、太阳耀斑在硬X射线波段和射电波段辐射源性质对比研究以及日冕物质抛射速度、质量和能量等的相关研究工作。我们的研究得到以下主要结果：磁流浮现活动区在浮现过程中能量的积累主要来自磁流浮现和光球剪切运动两个方面，且两者的贡献相当；复杂的磁场位型和拓扑结构（大的挤压Q因子、准分界面（QSL）、双曲线磁流管（HFT）、强电流结构等）在太阳爆发活动中起着重要的作用，它们在耀斑发生前会出现明显的变化，因此在一定程度上可以预报耀斑的发生；活动区亮点可以源于磁重联，也可以源于磁对消过程中释放的能量，但后者的加热效果更明显。由于对应的磁场位型不同可能存在不同的加热机制，但可以在形成于光球到过渡区的谱线中引起类似的反应；耀斑的硬X射线和射电辐射源不同能段的峰值响应存在与能量反相关的时间上的延迟，这或许反应了耀斑中高能粒子的加速过程；储存在太阳非势磁场中的自由能足以提供太阳爆发活动所需的能量，太阳耀斑和日冕物质抛射几乎均分磁重联过程释放的磁场自由能。日冕物质抛射的表观质量在其演化过程中不断增加，源于太阳风的质量积累对此有着重要的贡献。