空间中心科研人员揭示“复合太阳风暴”和“双步地磁暴”的产生机制

　　日冕物质抛射（CME）是空间天气效应包括地磁暴的主要驱动者，其日地空间传播特征如何影响地磁暴的产生和强度是空间天气研究和预报中的一个重要问题，也是精确预报空间天气的主要障碍之一。

　　2012年9月30日美国国家海洋大气局（National Oceanic and Atmospheric Administration, NOAA）空间天气预报中心预报了一个G1（较小）的地磁暴，但稍后修改为G3（强烈）水平，该地磁暴被认为是由单个太阳爆发事件所导致。但是，中科院国家空间科学中心空间天气学国家重点实验室研究员刘颍等人结合STEREO卫星的宽视场成像观测和太阳风就地测量，证明该地磁暴实际上是一个两步地磁暴，由分开长达60多个小时的两次太阳爆发事件产生（见图一）。

　　第二个日冕物质抛射于2012年9月27日23:57 UT爆发，是一个快速事件，其日地空间传播呈现出脉冲加速相、快速减速相、近常速传播相，进一步证实了刘颍等人在2013年首次发现的典型的快CME三相传播规律。第一个日冕物质抛射于9月25日的09:43 UT爆发，是一个慢事件，其日地空间传播仅表现为二相规律，即缓慢加速相继以近常速传播相。研究组推断，该CME首先被加速至背景太阳风的速度然后随背景太阳风一起运动，遵循了典型的慢CME日地空间传播规律，是对刘颍等人发现的快CME传播规律的有益补充。

　　两个日冕物质抛射事件在地球附近相互作用，形成一种新型的“复合抛射体”。与传统的复合抛射体不同，其磁场具有规则的结构（见图二、图三）。后一个CME产生的激波压缩并显著增强前一个CME内部的南向磁场，太阳风能量注入地球磁层的过程迅速加剧。这导致了一个“双步地磁暴”，描述地磁暴的Dst指数首先降低然后开始恢复，然而这只是一个假象的恢复，实际上预示着更为猛烈的地磁暴的临近。Dst指数随着复合抛射体内南向磁场的增强又迅速降低（见图二）。利用太阳风观测数据的重构结果表现出一个类似磁流绳的结构，形象地再现了外凹激波面和两个CME相互作用的情形（见图三）。

　　这一研究工作揭示了太阳风暴日地传播特征将直接影响地磁暴的产生和强度；两次间隔长达60多个小时的太阳爆发事件也可以相互作用并影响地磁活动，这一空间环境的复杂多样性要求必须对整个日地空间进行持续的成像监测。此项研究也首次通过观测证实了CME之间的相互作用可以产生一种新型的具有规则磁场结构的“复合抛射体”，该复合抛射体撞击地球磁层可导致“双步地磁暴”。

　　该论文于2014年8月25日投至美国权威学术期刊《The Astrophysical Journal Letters》，9月9日被接受，9月19日正式发表。审稿人评价道：“This letter deals with the interaction / merging of two coronal mass ejections between the Sun and 1 AU, which is, in general, a process that is not well understood but of utmost importance for predicting the geomagnetic effects of such types of CMEs…The methodology using a combination of heliospheric imaging and in situ observations is state-of-the-art. The manuscript is well presented and very clearly written, brief and to the point…”

　　原文链接：http://iopscience.iop.org/2041-8205/793/2/L41/

图一：STEREO宽视场成像仪观测到的爆发间隔长达60多个小时的两个日冕物质抛射事件，揭示它们将于地球附近相互作用，并撞击地球。