近日，中國科學院云南天文臺撫仙湖太陽觀測和研究基地青年副研究員徐喆及合作者在國際天文學期刊《The Astrophysical Journal Letters》發(fā)表了一項突破性成果，他們通過高分辨率觀測手段詳細解析了一次罕見的C9.3級白光太陽耀斑及其對光球層的影響。這項研究不僅挑戰(zhàn)了傳統(tǒng)的白光耀斑產(chǎn)生機制，更為“阿爾芬波”作為能量傳輸機制提供了罕見的觀測支持。
2023年9月11日，位于太陽東側邊緣的NOAA活動區(qū)13431發(fā)生了一次白光耀斑。盡管耀斑能級僅為C9.3級，遠低于通常認為能引發(fā)白光發(fā)射的M級或X級強度，但卻表現(xiàn)出清晰的白光增強現(xiàn)象。研究人員利用中國一米新真空太陽望遠鏡（NVST）、“夸父一號”衛(wèi)星（ASO-S）和“羲和號”衛(wèi)星（CHASE）等國產(chǎn)先進太陽觀測系統(tǒng)，捕捉到了這一耀斑的精細演化過程。
圖 1：C9.3級太陽白光耀斑的概覽。幅（c）“羲和號”Fe I連續(xù)譜的觀測捕捉到白光耀斑信號。幅（d）中“夸父號”硬X射線觀測表明白光耀斑僅與50keV以下的高能粒子相關。
研究人員發(fā)現(xiàn)在NVST的TiO波段觀測到明顯的白光增強，表現(xiàn)為兩個白光核及其連接的絲狀增亮結構。絲狀增亮與黑子半影的纖維結構一致，表明白光輻射中包含來自深層光球的貢獻。特別的，研究人員在白光耀斑核區(qū)域發(fā)現(xiàn)了突發(fā)的光球渦流運動以及磁場強度驟增的現(xiàn)象。這些跡象表明，耀斑釋放的能量可能通過“阿爾芬脈沖波”的形式從日冕快速傳遞至光球層。
這些突發(fā)的光球旋渦可能是阿爾芬波脈沖在太陽大氣中傳播至光球層的表現(xiàn)形式。它不僅導致了局部磁場的增強，也可能協(xié)助非熱電子進入太陽大氣的更深層進行加熱，從而產(chǎn)生白光輻射。
圖2：NVST的光球高分辨率觀測展示了白光耀斑足部出現(xiàn)的渦流運動。幅（e）和（f）是通過光流法得到的耀斑前和耀斑中光球速度場。幅（g）和（h）對比了磁場變化情況。
通過對ASO-S的硬X射線成像光譜數(shù)據(jù)分析，研究發(fā)現(xiàn)此次耀斑中非熱電子能量普遍低于50 keV，這不足以單獨使其穿透到光球層。這一現(xiàn)象進一步支持了“阿爾芬波+電子束協(xié)同作用”理論模型。研究團隊估算阿爾芬波傳遞的能量高達10^30 erg，可以同時引起非熱電子的加速和光球磁場的增強，這有力地證明了阿爾芬波機制在太陽大氣垂直能量輸運中的潛力。此外，觀測數(shù)據(jù)顯示耀斑信號在304 ?、Hα和TiO波段之間存在一定的時間延遲，這種層次分明的時間延遲現(xiàn)象也與阿爾芬波傳播所需的時間尺度一致。
這項研究表明，C級太陽耀斑在特定磁場結構與能量傳輸機制作用下，同樣可以觸發(fā)可觀測的白光輻射。這拓寬了我們對白光耀斑形成條件的認知，也為未來構建更完整的太陽耀斑能量傳輸模型提供了堅實的觀測基礎。這項研究成果同時也展示了我國自主太陽觀測設備在多波段、高時空分辨研究中的強大能力。
該項研究獲得了中國科學院基礎與交叉前沿科研先導專項（B類）、國家杰出青年基金、云南省太陽物理與空間目標監(jiān)測重點實驗室、云南省興滇英才支持計劃等項目的支持。
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