[论文解读] Homologous Flux Ropes Observed by SDO/AIA

Ting Li, Jun Zhang|arXiv (Cornell University)|Oct 30, 2013

Solar and Space Plasma Dynamics参考文献 35被引用 25

一句话总结

本研究利用SDO/AIA首次观测到活动区AR 11745中四个同源磁通量绳，均形成于中性线之上的同一位置，具有相似的形态。前三个通量绳缓慢上升（≤30 km s⁻¹）并逐渐消散，未产生CME；而第四个通量绳快速爆发（~130 km s⁻¹），产生CME，可能由丝绳中4π的扭转引发的屈曲不稳定性触发，表明只有快速爆发才会导致CME，且先前的爆发可能削弱了磁约束力。

ABSTRACT

We firstly present the Solar Dynamics Observatory observations of four homologous flux ropes in active region (AR) 11745 on 2013 May 20-22. The four flux ropes are all above the neutral line of the AR, with endpoints anchoring at the same region, and have the generally similar morphology. For the first three flux ropes, they rose up with a velocity of less than 30 km s$^{-1}$ after their appearances, and subsequently their intensities at 131 Å decreased and the flux ropes became obscure. The fourth flux rope erupted ultimately with a speed of about 130 km s$^{-1}$ and formed a coronal mass ejection. The associated filament showed an obvious anti-clockwise twist motion at the initial stage, and the twist was estimated at 4$π$. This indicates that kink instability possibly triggers the early rise of the fourth flux rope. The activated filament material was spatially within the flux rope and they showed consistent evolution in their early stages. Our findings provide new clues for understanding the characteristics of flux ropes. Firstly, there are multiple flux ropes that are successively formed at the same location during an AR evolution process. Secondly, a slow-rise flux rope does not necessarily result in a CME, and a fast-eruption flux rope results in a CME.

研究动机与目标

• 研究单一活动区内同一位置多次通量绳的形成与演化过程。
• 确定同源通量绳是否与同源CME相关联，以及其爆发的触发机制。
• 分析磁扭转和先前爆发在促成最终CME过程中的作用。
• 阐明慢速上升通量绳无法产生CME与快速爆发通量绳能够产生CME的条件差异。
• 研究通量绳演化与相关丝绳动力学及EUV亮温变化之间的关系。

提出的方法

• 利用SDO/AIA在131 Å和94 Å波段的高时间分辨率（12 s）全盘EUV观测数据，识别并追踪通量绳的形态及其演化过程。
• 分析同步的HMI视线磁图（时间分辨率为45 s），评估通量绳足点附近光球磁场的变化。
• 对比AIA 131 Å、304 Å和171 Å数据，研究爆发后拱形结构的热演化过程及不同波段的时序差异。
• 利用LASCO/SOHO日冕仪数据确认CME的发生，并测量第四次事件的爆发速度（~1200 km s⁻¹）。
• 通过形态演化和逆时针运动估算丝绳中的磁扭转，发现约为4π，超过屈曲不稳定性临界阈值。
• 研究第三次通量绳爆发与第四次爆发前上方拱形结构失稳之间的时空关系。

实验结果

研究问题

• RQ1 多个通量绳是否在单一活动区的同一位置相继形成，其形成受何种条件控制？
• RQ2 在CME产生方面，慢速上升通量绳与快速爆发通量绳的爆发行为有何本质区别？
• RQ3 先前爆发在多大程度上影响磁约束力并触发后续通量绳的爆发？
• RQ4 丝绳中的磁扭转如何与通量绳爆发及屈曲不稳定性的发生相关联？
• RQ5 为何部分通量绳仅在高温EUV波段（如131 Å）中可见，而另一些则在多个波段中可见？

主要发现

• 在AR 11745中观测到四个同源通量绳，全部起源于中性线之上的同一位置，形态相似，且锚定于相同的足点。
• 前三个通量绳以≤30 km s⁻¹的速度缓慢上升，并逐渐消散，未产生CME，表明缓慢上升并不保证CME的形成。
• 第四个通量绳以~130 km s⁻¹的高速爆发，并产生速度约为1200 km s⁻¹的CME，表明快速爆发是CME产生的必要条件。
• 相关丝绳表现出4π的逆时针扭转，超过屈曲不稳定性临界阈值（2π），提示该机制可能触发了爆发。
• 爆发后拱形结构在131 Å中比在较冷波段（304 Å、171 Å）早约36分钟出现，表明等离子体从高温向低温冷却。
• 第三次通量绳爆发可能移除了上方的拱形结构，降低了磁约束力，从而可能促进了第四次通量绳的爆发，支持先前与后续爆发之间存在因果关系。