空间中心科研人员最新研究成果探秘CME之间碰撞机制

　　近日，国家空间科学中心空间天气学国家重点实验室沈芳等人与中国科技大学的学者合作，在《Nature》杂志子刊《Scientific Reports》上在线发表了题为“Turn on the super-elastic collision nature of coronal mass ejections through low approaching speed”的论文。该论文通过一系列三维数值模拟实验，首次揭示了相互作用的两个日冕物质抛射（CMEs）的初始速度及 k-number（即初始动能与总能量的比值）对其碰撞机制的影响。

　　日冕物质抛射(CME)是太阳大气中频繁发生的最剧烈的爆发现象之一，是空间天气的重要驱动源，当两个或多个CME之间发生相互作用时，它们的传播方向、速度及能量都会发生改变，而CME之间相互作用形成的结构要比单个CME复杂的多，通常在近地空间产生有别于单个CME所产生的地球物理效应。

　　近几年来，空间天气学国家重点实验室冯学尚课题组围绕CME相互作用过程开展了一系列的数值模拟研究, 研究成果发表在Geophysical Research Letters，Journal of Geophysical Research等重要刊物上。其中，沈芳等人利用三维数值模拟方法分析了两个慢速CME之间碰撞后的能量转换的研究成果以封面文章的形式发表在Geophysical Research Letters上。此次该课题组在前面工作的基础上，选取大量具有不同初始速度及初始能量的CME相互作用事件进行了一系列的三维MHD数值模拟，定量研究了CME初始速度及k-number对CME之间碰撞机制的影响（图1），结论表明，两个CME之间的初始速度差越低，就容易发生超弹性碰撞，而临界初始速度差（ΔV_c），即发生完全弹性碰撞时的初始速度差，与k-number呈线性相关，与第一个CME的初始速度（V_CME1）呈近似的二次相关，而CME的初始速度及k-number均可以由观测得到。本研究对于进一步理解空间等离子体的动力学过程、CME之间碰撞过程的物理机制及能量转换过程提供了新的思路与方法，对认清灾害性空间天气事件的日冕行星际过程具有重要科学意义。

　　该研究得到国家自然科学基金项目、973项目的资助。

　　相关链接：http://www.nature.com/articles/srep19576

　　Citation： Shen, F., Y. Wang, C. Shen and X. Feng. Turn on the super-elastic collision nature of coronal mass ejections through low approaching speed. Sci. Rep. 6, 19576; doi: 10.1038/srep19576 (2016).

    （供稿：天气室）

　　图1. ΔV_c随V_CME1及k-number的变化，及碰撞类型分布平面