科研动态 | 空间中心科研人员揭示日冕物质抛射在日冕中如何“转向”

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日冕物质抛射（CME）是由于太阳大气中剧烈爆发所引起的大尺度等离子体和磁场的抛射现象。它们的速度最高可达数千公里每秒，具有以亿吨计的质量，是空间天气的重要源头。当一个CME到达地球时，会扰动地球磁场，并向磁层注入大量能量和高能粒子，引发地磁暴。研究CME的触发和演化是空间天气和太阳物理研究的重要课题。

在从日冕到行星际空间的传播中，CME可能会经历多个物理过程，包括速度变化、与其他CME碰撞、与太阳风相互作用，以及绕其传播方向的旋转等。这些过程可以重塑CME并改变其空间天气效应。此外，CME的传播方向也是决定其空间天气效应的重要因素，因为它决定了CME能否以及哪一部分会到达地球。然而，相当一部分CME在日冕中的演化早期具有非径向传播的过程，然后转为径向传播并离开日冕，导致其最终的传播方向相对于其源区位置发生显著改变。在日冕中从非径向转为径向传播是这类CME演化的重要过程，但目前对这一现象的具体过程尚缺乏深入研究和全面认识。

中国科学院国家空间科学中心（以下简称“空间中心”）太阳活动与空间天气全国重点实验室科研人员胡会东博士及其合作者，通过研究来自同一太阳活动区的两个大尺度CME的侧向形变，首次详细揭示了CME在日冕中从非径向传播转为径向传播的过程。

这两个CME分别产生于2023年3月3日和4日，来自太阳的西边缘。在传播早期，这两个CME都位于一组大致平行于CME磁流绳轴向的磁环系统下方，并沿着几乎平行于日面的方向进行非径向运动（图1(a)-(c)箭头所示）。在非径向传播阶段，这两个CME的上侧都向高日冕凸出，使CME的结构发生侧向形变（图1(d)-(h)右向白色箭头所示），最终导致其传播方向转为径向，且最终的方向距离爆发位置约25°（图1(i)）。在传播方向转变之后，CME在非径向阶段的上侧演变为径向传播阶段的前沿。动画1展示了该CME从非径向转为径向传播的完整过程。

图1. 多波段观测的2023年3月3日CME从非径向转为径向传播的过程。(a)-(c) 太阳动力学天文台/大气成像仪（SDO/AIA）304 Å和我国自主太阳上过渡区成像仪（SUTRI）465 Å观测到的沿着非径向运动的暗条；(d)-(h) GOES卫星太阳极紫外成像仪（SUVI）284 Å观测到CME通过侧向形变从非径向传播转为径向传播；(i) 太阳和日球观测台（SOHO）/LASCO C2日冕仪观测到CME最终沿径向传播。

动画1. 由SDO/AIA 304 Å、GOES/SUVI 284 Å和SOHO/LASCO C2观测数据制作的动画，展示了2023年3月3日CME从非径向传播转为径向传播的过程。

位于CME上方的磁环大致平行于磁流绳的轴向，因而无法束缚CME磁流绳的主体结构；但这些磁环基本垂直于磁流绳的腿部磁场，其磁张力可以作用于腿部，进而限制CME部分结构在传播方向转变过程中的侧向（径向）膨胀。同时，CME结构与上方磁环之间的相互作用，引发了磁环的振荡（图2）。此外，研究还发现，其中一个CME暗条的主体结构的运动方向转变滞后于CME整体结构传播方向的转变，最终导致该暗条的主体部分偏移至CME结构的南部，并远离黄道面，这反映了CME观测特征的复杂性。例如，CME的不同部分或结构具有不同的运动学特征，或者在黄道面附近进行的就地观测可能无法探测到该CME的暗条物质等。

图2. (a)+(d) CME源区上方的磁环系统（蓝绿色曲线）。(b)+(e) SDO/AIA 171 Å观测到两个CME在早期沿非径向传播的形态。(c)+(f) 显示CME与磁环相互作用引发磁环振荡的时间-距离图。

本研究首次详细揭示了CME在低日冕的侧向形变及其对CME从非径向传播转为径向传播过程的作用，对全面认识CME的完整演化图像具有重要意义。相关结果发表于国际学术期刊《天体物理学报》（The Astrophysical Journal）。论文的作者分别是（未按署名顺序）：空间中心胡会东、焦怡明、王瑞和杨利平，湖南工商大学陈冲，航天工程大学朱蓓，和中国气象局赵晓威。该工作得到了中国科学院战略性先导科技专项、国家自然科学基金、国家重点研发计划和全国重点实验室专项基金的支持。

详情内容请见：

Hu H, Chen C, Jiao Y, Zhu B, Wang R, Zhao X, Yang L. Lateral Deformation of Large-Scale Coronal Mass Ejections During the Transition from Nonradial to Radial Propagation[J]. The Astrophysical Journal, 2026, 997(2): 303.

DOI:

https://doi.org/10.3847/1538-4357/ae267e

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