[论文解读] The prominence driven forced reconnection in the solar corona and associated plasma dynamics

A. K. Srivastava, Sudheer K. Mishra+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 14, 2021

Solar and Space Plasma Dynamics参考文献 65被引用 11

一句话总结

本研究利用2019年12月30日太阳动力学天文台/大气成像组件（SDO/AIA）的多温度数据，首次直接观测到日冕中由日珥驱动的强迫磁重连现象。一次爆发日珥引发日冕等离子体流入和磁力线拉伸，导致约09:48 UT发生重连，产生双向等离子体喷流（28–37 km s⁻¹），将等离子体加热至温度对数 log Te = 6.0–7.2，并形成速度为178–183 km s⁻¹的喷流状喷发。

ABSTRACT

Using the multi-temperature observations from SDO/AIA on 30th December 2019, we provide a signature of prominence driven forced magnetic reconnection in the corona and associated plasma dynamics during 09:20 UT to 10:38 UT. A hot prominence segment erupts with a speed of 21 km/s and destabilises the entire prominence system. Thereafter, it rose upward in the north during 09:28 UT to 09:48 UT with a speed of 24 km/s. The eruptive prominence stretches overlying field lines upward with the speed of 27-28 km/s , which further undergo into the forced reconnection. The coronal plasma also flows in southward direction with the speed of 7 km/s, and both these inflows trigger the reconnection at 09:48 UT. Thereafter, the east and westward magnetic channels are developed and separated. The east-west reorganization of the magnetic fields starts creating bi-directional plasma outflows towards the limb with their respective speed of 28 km/s and 37 km/s. Their upper ends are diffused in the overlying corona, transporting another set of upflows with the speed of 22 km/s and 19 km/s. The multi-temperature plasma (Te=6.0-7.2) evolves and elongated upto a length of ~10^5 km on the reorganized fields. The hot plasma and remaining prominence threads move from reconnection region towards another segment of prominence in the eastward direction. The prominence-prominence/loop interaction and associated reconnection generate jet-like eruptions with the speed of 178-183 km/s. After the formation of jet, the overlying magnetic channel is disappeared in the corona.

研究动机与目标

• 识别并表征由日珥爆发驱动的日冕强迫磁重连现象。
• 研究日珥爆发引起的外部扰动在触发与上层日冕磁场重连中的作用。
• 分析相关的等离子体动力学，包括多温度加热与双向喷流。
• 研究强迫重连过程中喷流状结构的形成与能量传输机制。
• 建立大尺度日冕结构中强迫重连的观测证据，此前该现象仅存在于理论推测中。

提出的方法

• 利用太阳动力学天文台大气成像组件（SDO/AIA）在94、131、1700、193、211和304 Å波段的多波段极紫外（EUV）观测数据。
• 应用微分发射度（DEM）分析方法，推导重连区域等离子体的温度分布（log Te = 6.0–7.2）。
• 通过时间序列图像分析与AIA通道强度的多普勒速度估计算法，追踪等离子体流速。
• 通过日冕弧环与日珥结构的形态学分析，绘制磁力线与重连位置的演化过程。
• 将重连开始时间（约09:48 UT）与来自爆发日珥的流入等离子体及拉伸磁力线的到达时间相关联。
• 利用AIA通道的归一化强度剖面与DEM图，验证重连位置的局域加热与能量释放。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否在大尺度日冕中直接观测到由日珥爆发驱动的强迫磁重连现象？
• RQ2 日珥驱动的强迫磁重连过程中，等离子体流速与温度演化特征如何？
• RQ3 流入的日冕等离子体与拉伸的磁力线如何共同触发重连？
• RQ4 爆发日珥在产生双向喷流与喷流状结构中起到何种作用？
• RQ5 重连过程如何影响周围日冕等离子体的能量收支与动力学特性？

主要发现

• 约09:48 UT，由以约21 km s⁻¹速度运动的热日珥段爆发引发，导致其上方磁场结构失稳，触发强迫磁重连。
• 来自南北方向、速度约7 km s⁻¹的流入日冕等离子体，通过压缩电流片并强制磁力线重排，触发重连过程。
• 观测到双向等离子体喷流，分别为28 km s⁻¹（向东）与37 km s⁻¹（向西），其上端扩散至日冕，进一步输送额外的上行流，速度约22和19 km s⁻¹。
• 多温度等离子体（log Te = 6.0–7.2）在重连后沿重新组织的磁力线方向被加热并拉长，延伸约105 km，表明能量高效耗散。
• 重连过程产生速度为178–183 km s⁻¹的喷流状喷发，表明存在显著的动能释放。
• 喷流形成后，上方磁力通道消失，证实了重连过程中磁能的重新配置与耗散。