基于紫外光谱的太阳耀斑能量和动力学过程研究

It has long been an important topic to study the energy and dynamic processes in solar flares. Eruption of a flare involves variation of emissions at different wavelengths. In recent years, more studies are focused on X-ray, optical and radio emissions, while less attention has been paid to UV and EUV spectra. In fact, these spectra are formed in the top layers of the chromosphere and the transition region, where the physical condition is special in that the temperature and density undergo a sharp gradient with height. Thus, the dynamic response of this region to flare energy release is very complex. This project aims to study the spectral characteristics based on the EUV spectra observed by the recently launched SDO/EVE and the UV spectra from IRIS to be launched very soon. On the other hand, the project plans to make radiative hydrodynamic simulations of the flare atmosphere under different conditions. These will help to understand the energy release, energy transport, radiation and dynamic processes in a flare atmosphere.

太阳耀斑的能量和动力学过程一直是耀斑研究中的一个重要课题。耀斑的爆发涉及到各个波段的辐射的变化。近年来，较多的研究集中在X射线、光学、射电等波段上，而对紫外和极紫外光谱的研究相对较少。其实，这些光谱形成于色球顶层和过渡区附近，鉴于其特殊的物理性质（温度和密度随高度具有很大的梯度），对耀斑能量释放的动力学响应也是最复杂的。本项目旨在利用最近发射的SDO/EVE和即将发射的IRIS极紫外和紫外光谱资料，研究耀斑爆发时的光谱特征，再进行相应的辐射动力学模拟，深入探讨耀斑的能量释放机制、能量传输过程、辐射过程以及大气动力学响应等问题，从而推进对耀斑物理过程的认识。

本项目利用IRIS、SDO、Hinode、RHESSI等太阳卫星和地面望远镜观测到的多波段图像和光谱资料，特别是紫外波段的高分辨率光谱资料，以及辐射动力学模拟方法，对太阳耀斑的加热、辐射和动力学过程进行了深入的研究，并对耀斑及相关的活动现象的磁场结构、磁重联过程进行了详细的探讨，获得了一系列重要的研究进展，主要的结果包括：（1）获得了色球蒸发和色球压缩的动力学特征；获得耀斑环的多温度和动力学结构；提出了极紫外晚相耀斑起源于长环冷却的观点；（2）发现磁重联导致磁绳形成的光谱证据；发现磁绳缠绕度的变化与螺度注入的关系；发现磁绳爆发与暗条爆发的关系、磁绳对驱动日冕物质抛射的作用、以及磁绳在行星际空间的演化；（3）通过多个卫星在极紫外波段的多视角观测，重构出三维磁重联的演化图像；发现一个环形耀斑对应的磁拓扑特征；发现色球层磁重联导致双向流的光谱证据；发现了一个非典型的X形耀斑及相应的磁重联过程；发现一个典型耀斑所包含的磁重联证据，包括磁绳爆发、重联入流、耀斑环的剪切角变化等；（4）提出了埃勒曼炸弹的“双云”模型；提出埃勒曼炸弹热起源和非热起源的不同光谱特征；（5）通过精确测量日冕物质抛射的初始速度和传播方向，预测其到达地球的时间；研究了射电II型暴与日冕激波的关系，获得了辐射源区的物理特征；发现了日冕暗化与日冕物质抛射和磁重联的相关性。相关成果在国际核心刊物上发表论文30多篇，很好地完成了预定的研究计划。