吹泡泡与太阳喷流

来源：中国科学院云南天文台

太阳大气与日冕加热现象

太阳是宇宙中离我们最近的一颗恒星，无数太阳物理学家们孜孜以求，想弄清它的庐山真面目。但是，太阳表面的超高温阻碍了我们对它的详细探究。好在研究人员可以利用高分辨率太阳望远镜对它遥感成像，拍出太阳外层，也就是太阳大气（由密度比极低的等离子体气体组成）的样子，从而对它略窥一二。

太阳大气由内而外，大概可以分为四层，分别为光球、色球、过渡区、日冕，沿着这四层大气等离子密度不断下降，但温度不断攀升，从光球至日冕，温度由不到六千度急剧升高至百万度以上，这就是著名的日冕加热现象，也是目前太阳上的一个谜，是太阳物理的基本问题之一。

太阳爆发活动与磁重联

加热日冕的一个可能原因，就是发生在太阳大气中的众多爆发性活动。观测发现，太阳大气十分活跃，整个太阳表面存在各种类型、各种尺度的爆发性活动，例如喷流、暗条爆发、耀斑、日冕物质抛射等。

这些爆发性活动受磁场控制，譬如喷流，由低层大气的不稳定的磁结构向上爆发升起，并受准直的开放磁场约束，表现为准直的喷射流。

能释放并制造这样一次活动的能量我们称之为磁自由能。这些自由能被存储在特定的磁结构中，这些磁结构普遍扎根于光球，悬浮于光球以上的低层大气，到一定程度或受到某种原因刺激，磁结构会失去稳定，向外膨胀爆发，释放出的自由能会加热加速周围的等离子体。研究认为，爆发磁结构内部磁自由能的积累普遍与下方持续的光球表面流有关，而磁自由能的突然释放与磁化等离子中一重要物理过程即磁重联有关。

磁重联，直观上描述为相反方向磁力线相互靠近、断开再重新连接的物理过程，是天体等离子体中磁能转化粒子动能、热能的特殊方式。磁重联也是太阳物理研究的核心目标之一，磁重联具体是以什么样的方式影响太阳大气活动是大家长期关注的问题。

震荡磁爆破重联触发太阳喷流

在国际期刊《天体物理杂志》近期发表的一篇文章中，云南天文台太阳物理研究组副研究员洪俊超报告了磁重联是如何触发太阳喷流的。

他研究了发生于2014年11月16号太阳活动区12209附近的喷流，该喷流被太阳动力学天文台（SDO）和太阳过渡层成像光谱仪（IRIS）两颗空间望远镜同时观测到。

利用SDO提供的日冕极紫外多波段成像观测和光球磁图，以及IRIS提供的过渡区远紫外高空间分辨率成像观测，洪俊超发现该喷流受振荡磁爆破重联触发。

图1 白色明亮的部分是2014年11月16号太阳活动区12209附近的喷流

很多人可能都吹过肥皂泡/气球或者看过小朋友吹肥皂泡/气球。如果把爆发磁结构比喻成一个不断膨胀的肥皂泡，那么光球层的表面运动将能量注入磁结构，就好比一个人在不断地吹肥皂泡，当肥皂泡内部的压力足够大就会爆炸。当然，如果提前拿尖锐的东西去戳破绷紧的肥皂泡表面，肥皂泡也会爆炸。不同之处是，泡泡最终向四面八方爆炸，喷流受周围开放磁场约束，只能沿磁场方向准直地爆出去。

图2 吹肥皂泡过程类似于太阳大气中磁结构的不断膨胀与自由能积累，用一个尖锐的东西刺破肥皂泡表面类似于磁爆破重联（图片来源于网络）

触发喷流的磁爆破重联就类似于这一过程，即磁爆破重联打开了束缚爆发磁结构（微暗条）的外界磁场，从而导致微暗条失衡爆发，并进一步加剧磁爆破重联，最终产生显著的喷流现象。

如果情况更复杂一点，存在两个气球，一个内部压力加大，表面绷的更紧，一个内部压力较小，表面较松弛。我们拿一根铅笔先戳较松弛柔软的气球，气球没有爆炸，再去戳另一个绷的更紧的气球，该气球立即爆炸了并引发相邻的气球跟着爆炸。这就是两个相邻微暗条爆发通过震荡磁爆破重联最终形成喷流的情形。

磁重联初期（电流片C1），相应底下的微暗条F1并没有立即爆发，最终通过太阳大气中自发的振荡重联机制重联发生反转（电流片变为C2），导致隔壁的微暗条F2立即爆发，最终F2的爆发引起F1一起爆发，形成了上述动画中的喷流事件。

图3 图中背景为太阳光球磁图，白色区域表示正极，黑色区域表示负极。粗黑的线条F1和F2表示两个相邻的微暗条悬浮在当地光球上方。C1和C2表示磁爆破重联振荡前后的电流片。

这是研究人员首次对太阳喷流与振荡磁爆破重联的详细观测解释。