太陽爆發(fā)過程中的電磁相互作用研究取得系列新成果

云南天文臺(tái)

太陽爆發(fā)過程中的電磁相互作用研究項(xiàng)目屬太陽物理研究領(lǐng)域，系天文學(xué)科基礎(chǔ)類研究。太陽是一顆離人類最近、對(duì)人類及其生存環(huán)境影響最大的一顆恒星；太陽的光輝既可為人類帶來溫暖、光明和勃勃生機(jī)，太陽的任何劇烈活動(dòng)(或稱為太陽爆發(fā))也可能為人類的生存環(huán)境帶來巨大的災(zāi)難。因此，加強(qiáng)對(duì)太陽活動(dòng)的起源、發(fā)生發(fā)展規(guī)律以及未來活動(dòng)預(yù)報(bào)的研究，直接關(guān)系著人類社會(huì)的生存和發(fā)展。該領(lǐng)域的研究對(duì)于國(guó)家科技長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展、國(guó)家重大空間計(jì)劃與國(guó)家安全等均具有極其重要的意義。該項(xiàng)目致力于揭示太陽爆發(fā)的物理起源，探索其最核心的驅(qū)動(dòng)模式—電磁相互作用—宇宙中最基本的相互作用之一；在前輩研究的基礎(chǔ)之上，通過建立太陽爆發(fā)的新理論模型、設(shè)計(jì)新的計(jì)算方法，開展相應(yīng)的數(shù)值模擬和觀測(cè)研究，取得了一系列研究成果如下：

一是建立了太陽爆發(fā)的Lin-Forbes模型。太陽物理界從1980年就開始通過求解MHD方程組，幫助理解太陽系中最劇烈的爆發(fā)現(xiàn)象—太陽爆發(fā)過程的物理本質(zhì)問題，這是太陽物理研究主流之一，但是直到2000年項(xiàng)目組才得到第一個(gè)解析解，建立了至今唯一的太陽爆發(fā)解析模型。結(jié)果不但與觀測(cè)符合得很好，后續(xù)的數(shù)值實(shí)驗(yàn)都充分證明了模型的合理性與正確性。該模型被國(guó)內(nèi)外同行冠以中國(guó)人的姓氏，Lin-Forbes模型?；谠撃Ｐ停?xiàng)目組首次建立了磁星罕見爆發(fā)的MHD模型。為天體物理其他領(lǐng)域?qū)Υ偶ぷ儸F(xiàn)象的探索提供了參考借鑒和研究范式，為拓展開辟新的研究領(lǐng)域提供了具有重要價(jià)值的思路。相關(guān)的3篇代表作SCI他引466次。

二是針對(duì)太陽物理界長(zhǎng)期關(guān)注的驅(qū)動(dòng)太陽爆發(fā)的磁重聯(lián)物理本質(zhì)的問題，通過觀測(cè)研究與數(shù)值實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了太陽爆發(fā)大尺度磁重聯(lián)電流片的湍流結(jié)構(gòu)，首次確認(rèn)太陽活動(dòng)現(xiàn)象中磁重聯(lián)過程湍流本質(zhì)的普遍性，指出磁重聯(lián)是太陽色球低溫等離子體局部加熱的一個(gè)新機(jī)制，成為太陽中低層大氣局部加熱現(xiàn)象的理論解釋之一。這兩個(gè)結(jié)果都得到國(guó)內(nèi)外同行的驗(yàn)證，澄清了長(zhǎng)期困惑太陽物理界、與大尺度磁重聯(lián)速率及色球局部加熱機(jī)制有關(guān)的疑問，引起國(guó)內(nèi)外同行的廣泛關(guān)注和后續(xù)研究。相關(guān)的4篇代表作SCI他引141次，其中的1篇代表作SCI他引45次，被IOP出版社評(píng)為2015-2017中國(guó)區(qū)高引用文章。

三是設(shè)計(jì)了新的數(shù)值模擬算法，首次以最接近實(shí)際情況的方式，從物理本質(zhì)上揭示了光球磁場(chǎng)進(jìn)入日冕的過程對(duì)太陽爆發(fā)觸發(fā)機(jī)制的貢獻(xiàn)，發(fā)現(xiàn)作為典型爆發(fā)前兆的日冕S-型磁位形的全新結(jié)構(gòu)，其結(jié)果再現(xiàn)了Lin-Forbes模型展示的爆發(fā)的磁場(chǎng)位形，為構(gòu)建太陽爆發(fā)物理預(yù)報(bào)模型打下理論基礎(chǔ)。相關(guān)的1篇代表作被選為Nature Physics的封面文章，SCI他引25次。Science編 輯 在 刊 物338卷、10月19日 期 的“Editor’s Choice”中將其評(píng)為“state-of-the-art”。

該項(xiàng)目研究共發(fā)表文章107篇，SAO/ADS搜索總引用2847篇次，其中獨(dú)立引用2215篇次；8 篇代表性論文總引用806次，SCI他引 657次，單篇SCI他引最高313次。首席研究員林雋于1999年獲得教育部頒發(fā)的“科學(xué)技術(shù)進(jìn)步”二等獎(jiǎng)(排名第三)，2006年獲得國(guó)家杰出青年基金支持，2010年獲得云南省科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)頒發(fā)的“第九屆云南省優(yōu)秀科技論文(云錫)獎(jiǎng)”一等獎(jiǎng)， 2015年享受國(guó)務(wù)院政府特殊津貼，2017年率領(lǐng)所屬團(tuán)隊(duì)入選云南省創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)(培育對(duì)象)，2018年入選云南省“萬人計(jì)劃”(“云嶺學(xué)者”專項(xiàng))；倪蕾副研究員于2016年入選中國(guó)科學(xué)院青年促進(jìn)會(huì)成員，2018年入選云南省“萬人計(jì)劃”(“青年拔尖人才”專項(xiàng))。

重要科學(xué)發(fā)現(xiàn)

太陽物理屬于天體物理領(lǐng)域，系基礎(chǔ)研究類，研究對(duì)象是太陽本身及其對(duì)外表現(xiàn)的物理實(shí)質(zhì)。目前對(duì)太陽的研究分為4個(gè)方面：①太陽磁場(chǎng)和太陽活動(dòng)周期的起源，太陽磁場(chǎng)演化對(duì)太陽其他表現(xiàn)與動(dòng)力學(xué)特征的影響；②太陽活動(dòng)的起源，太陽爆發(fā)活動(dòng)中磁能積累、釋放和高能物理過程；③太陽活動(dòng)的長(zhǎng)期變化以及孟德爾極小現(xiàn)象；④日冕加熱機(jī)理與高速太陽風(fēng)的起源。該項(xiàng)目工作領(lǐng)域主要涉及其中的第2部分。

太陽是宇宙中無數(shù)恒星中最普通的一個(gè)，但卻孕育了處在其周圍宜居帶內(nèi)的地球上的生命，并為生命的維持和進(jìn)化提供必需的能量。人類賴以生存的地球鑲嵌在動(dòng)態(tài)變化的日球系統(tǒng)之中，隨時(shí)都感受著太陽風(fēng)以及來自太陽的等離子體流的作用。太陽上周期性發(fā)生的日冕物質(zhì)拋射(簡(jiǎn)稱CME)和太陽耀斑等劇烈活動(dòng)導(dǎo)致整個(gè)行星際空間從射電到γ射線整個(gè)電磁波段輻射的迅速增強(qiáng)，同時(shí)拋出大量高能帶電粒子和百億噸的磁化等離子體團(tuán)。這些高能物質(zhì)到達(dá)地球后會(huì)與地球的磁層、電離層和中高層大氣相互作用，導(dǎo)致嚴(yán)重的災(zāi)害性空間天氣事件，從而直接影響現(xiàn)代人類的宜居生存環(huán)境。1989年3月發(fā)生的一系列大爆發(fā)造成北美地區(qū)變壓器燒毀、變電站停運(yùn)，從加拿大魁北克地區(qū)一直到美國(guó)新澤西州電網(wǎng)崩潰，致使該地區(qū)電力中斷電9個(gè)小時(shí)(有的地區(qū)甚至斷電幾個(gè)月)，數(shù)百萬居民生活受到影響；除此之外，還有上千顆人造衛(wèi)星受到干擾和損害，壽命大大縮短；這些爆發(fā)造成了上百億美元的經(jīng)濟(jì)損失。另外，太陽還是一個(gè)天然的、大尺度的、地面上無法復(fù)制的實(shí)驗(yàn)對(duì)象，可為研究宇宙中深處其他磁激變現(xiàn)象提供近距離、高分辨率的樣本。因此，從源頭上認(rèn)識(shí)和預(yù)報(bào)太陽活動(dòng)是人類有效避免太陽活動(dòng)影響的必要舉措；不但具有重要的科學(xué)意義，而且在保障國(guó)計(jì)民生、維護(hù)國(guó)家安全、促進(jìn)人類未來發(fā)展、對(duì)外星文明的搜尋等方面具有顯著的現(xiàn)實(shí)意義和實(shí)用價(jià)值。

部分創(chuàng)新點(diǎn)

太陽活動(dòng)和爆發(fā)是太陽大氣中磁場(chǎng)與磁場(chǎng)、磁場(chǎng)與等離子體之間相互作用的結(jié)果和外在表現(xiàn)，其本質(zhì)是磁場(chǎng)能量與其他能量之間的轉(zhuǎn)換，其根本的驅(qū)動(dòng)源是光球等離子體不停地運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)其中的磁場(chǎng)一起運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)的扭曲與變形，將光球等離子體的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為磁能，儲(chǔ)存在日冕磁場(chǎng)當(dāng)中，直到日冕磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)失去平衡、產(chǎn)生爆發(fā)。對(duì)太陽活動(dòng)和太陽爆發(fā)做出準(zhǔn)確預(yù)報(bào)，即定量給出太陽爆發(fā)的位置、方向、時(shí)刻、強(qiáng)度等描述爆發(fā)動(dòng)力學(xué)特征的重要參數(shù)；對(duì)爆發(fā)的影響到達(dá)時(shí)間、在地球附近可能產(chǎn)生的擾動(dòng)強(qiáng)度，即災(zāi)害性空間天氣的強(qiáng)度作出預(yù)報(bào)和評(píng)估，構(gòu)成了對(duì)太陽物理研究的一個(gè)重大挑戰(zhàn)。

應(yīng)對(duì)這個(gè)挑戰(zhàn)要求我們深入了解制約和驅(qū)動(dòng)太陽爆發(fā)的物理過程，及其數(shù)學(xué)描述。因?yàn)檫@個(gè)問題涉及電磁場(chǎng)和等離子體，因此我們要了解的物理現(xiàn)象是電動(dòng)力學(xué)過程與流體動(dòng)力學(xué)過程相互耦合的結(jié)果，完整描述此問題需要用到一組與時(shí)間有關(guān)的非線性偏微分方程組—磁流體動(dòng)力學(xué)(簡(jiǎn)稱MHD)方程組。求解這套方程組，就可以為我們應(yīng)對(duì)上述挑戰(zhàn)提供堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。

Lin-Forbes模型中的基本磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)(a)，三維數(shù)值實(shí)驗(yàn)結(jié)果(b)，觀測(cè)結(jié)果(c)。

求解方程組一個(gè)方法是先盡量找到它們的解析解，從整體上考察系統(tǒng)從平衡態(tài)經(jīng)過一系列準(zhǔn)靜態(tài)演化后，到達(dá)臨界狀態(tài)直至爆發(fā)的過程。在解析方法無法解決問題的情況下，需要借助數(shù)值模擬手段對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行深入而細(xì)致的考察。該項(xiàng)目的幾個(gè)重要科學(xué)貢獻(xiàn)可用如下簡(jiǎn)要說明：

該項(xiàng)目取得的重要科學(xué)發(fā)現(xiàn)：

1）建立解析的太陽爆發(fā)（Lin-Forbes）理論模型，也是目前唯一的解析模型；將構(gòu)建該模型的思路和方法進(jìn)一步應(yīng)用到非太陽物理領(lǐng)域，成功建立了磁中子星罕見耀發(fā)現(xiàn)象的理論模型。

在不同坐標(biāo)系中對(duì)日冕磁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性進(jìn)行研究，針對(duì)太陽爆發(fā)的突發(fā)特征，根據(jù)磁重聯(lián)在磁場(chǎng)湮滅和磁場(chǎng)能量轉(zhuǎn)換過程中的關(guān)鍵作用，將MHD方程組變換為針對(duì)太陽爆發(fā)磁結(jié)構(gòu)的包含一階奇點(diǎn)的積分方程，在直角坐標(biāo)系當(dāng)中獲得描述相應(yīng)磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)的解析解，建立了太陽爆發(fā)的災(zāi)變模型—Lin-Forbes模型；對(duì)太陽爆發(fā)主要磁結(jié)構(gòu)的演化規(guī)律、相互聯(lián)系、觀測(cè)特征給出定量描述，有助于了解太陽爆發(fā)的機(jī)理、演化過程、磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)與等離子體相互作用的模式；在數(shù)學(xué)上，對(duì)求解類似的積分方程具有借鑒價(jià)值。亮點(diǎn)如下：

第一，研究了日冕中彎曲的磁通量管產(chǎn)生的反彈力對(duì)驅(qū)動(dòng)整體結(jié)構(gòu)失去宏觀平衡的作用規(guī)律，首次定量描述了這樣的系統(tǒng)平衡態(tài)的演化特征，展示了該系統(tǒng)最終失去平衡、爆發(fā)開始前的重要性質(zhì)，明確指出系統(tǒng)爆發(fā)前儲(chǔ)存在磁結(jié)構(gòu)中的能量完全足夠驅(qū)動(dòng)通常觀測(cè)到的劇烈爆發(fā)。

磁中子星罕見耀發(fā)過程中磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)示意圖(a)和理論與觀測(cè)光變曲線(b)。

第二，通過變換MHD方程組，求解了包含一階奇點(diǎn)的積分方程，首次得到對(duì)太陽爆發(fā)磁位形演化完整的數(shù)學(xué)定量描述，建立太陽爆發(fā)的解析模型—Lin-Forbes 模型，是目前國(guó)際上唯一的解析模型；首次實(shí)現(xiàn)對(duì)耀斑、爆發(fā)日珥、和CME這三種太陽爆發(fā)的主要表象及其演化特征的定量描述，建立這些表象的動(dòng)力學(xué)關(guān)聯(lián)的自洽模式；首次明確磁重聯(lián)電流片在CME與太陽耀斑之間的紐帶作用，以及三者間的自洽聯(lián)系；其演化過程及相應(yīng)的動(dòng)力學(xué)特征由太陽爆發(fā)的初始過程和磁重聯(lián)過程共同決定；首次指出爆發(fā)過程中磁重聯(lián)電流片長(zhǎng)度的高度動(dòng)態(tài)演化特征，其速度可達(dá)每秒上百千米，而經(jīng)典理論框架中的磁重聯(lián)電流片長(zhǎng)度不變；為經(jīng)典理論增添了全新內(nèi)涵。

該模型所預(yù)言的太陽爆發(fā)重要磁結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵演化特征和過程已經(jīng)被數(shù)值實(shí)驗(yàn)和眾多的觀測(cè)結(jié)果所證實(shí)，目前觀測(cè)到的許多爆發(fā)事件中的磁場(chǎng)和等離子體結(jié)構(gòu)幾乎完全按照Lin-Forbes模型所描述的方式來演化，得到國(guó)際太陽物理界專家學(xué)者們的普遍認(rèn)可和廣泛引用。該模型也被冠以中國(guó)人的姓氏，Lin-Forbes模型。在美國(guó)太陽物理學(xué)家David Webb的一項(xiàng)觀測(cè)研究中，該項(xiàng)目的代表性論文被提到11次；奧地利太陽物理學(xué)家Astrid Veronig受該項(xiàng)目理論結(jié)果的啟發(fā)，對(duì)一個(gè)爆發(fā)事件進(jìn)行了研究，其結(jié)果表明理論與觀測(cè)高度吻合。

除了上述對(duì)太陽爆發(fā)過程中的應(yīng)用之外，該項(xiàng)目還在Lin-Forbes模型的基礎(chǔ)上，成功地建立了磁中子星罕見耀發(fā)現(xiàn)象的理論模型，從方法論上為研究非太陽物理領(lǐng)域中的磁激變現(xiàn)象提供了新的模板以及有重要參考價(jià)值的研究思路。磁中子星是一類具有超強(qiáng)磁場(chǎng)、但自轉(zhuǎn)較慢的中子星。普通的中子星自轉(zhuǎn)周期在1.5毫秒到1秒之間，其表面磁場(chǎng)強(qiáng)度在1012高斯左右；而磁星的自轉(zhuǎn)周期在1秒到10秒之間，表面磁場(chǎng)可高達(dá)1014-1015高斯！較慢的自轉(zhuǎn)和超強(qiáng)的磁場(chǎng)使得星體表面和附近的磁場(chǎng)可以部分克服離心力對(duì)磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)的影響，而表現(xiàn)出類似于太陽大氣當(dāng)中的磁場(chǎng)的特征。對(duì)太陽爆發(fā)的研究結(jié)果顯示，復(fù)雜的磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)可以儲(chǔ)存額外的能量，復(fù)雜程度越高，能夠儲(chǔ)存的額外能量就越多；當(dāng)能量超過臨界值之后，相應(yīng)的磁結(jié)構(gòu)就會(huì)失去平衡，導(dǎo)致爆發(fā)。該項(xiàng)目據(jù)此針對(duì)磁星磁場(chǎng)強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，構(gòu)建了其罕見耀發(fā)的MHD模型，由此獲得的輸出功率隨時(shí)間的演化與實(shí)際觀測(cè)到的磁中子星罕見耀發(fā)的光變曲線完全符合。

2003年11月18日的大爆發(fā)留下的耀斑環(huán)和電流片的、用不同波段觀測(cè)到的數(shù)據(jù)合成的圖像。爆發(fā)產(chǎn)生的CME已經(jīng)從左邊離開了視場(chǎng)。綠色部分是SOHO衛(wèi)星上的EIT望遠(yuǎn)鏡在195?波段上觀測(cè)到的太陽像，藍(lán)色部分是美國(guó)高山天文臺(tái)MK4白光日冕儀觀測(cè)到的圖像，紅色部分圖像是SOHO衛(wèi)星上LASCO/C2白光日冕儀觀測(cè)到的圖像。對(duì)圖中電流片厚度直接測(cè)量得到的結(jié)果是6.4萬公里。

2）發(fā)現(xiàn)日冕和色球磁重聯(lián)電流片中的新結(jié)構(gòu)，建立了包含中性粒子的非完全電離等離子體中磁重聯(lián)新模型。

根據(jù)Lin-Forbes 模型，對(duì)太陽爆發(fā)磁重聯(lián)電流片及其周圍磁場(chǎng)和等離子體結(jié)構(gòu)的演化進(jìn)行了觀測(cè)研究，首次同時(shí)測(cè)量到磁重聯(lián)內(nèi)流和外流速度，為理論研究提供最直接的觀測(cè)依據(jù)；進(jìn)一步的分析和研究發(fā)現(xiàn)，電流片的厚度也很大，可達(dá)幾萬、甚至十幾萬千米，其中充滿了各種尺度的結(jié)構(gòu)(等離子體團(tuán))，這些結(jié)構(gòu)在過去的觀測(cè)和理論中都不曾被關(guān)注過。國(guó)際太陽物理界的同行們對(duì)其他事件的研究都得到了類似的結(jié)果。而磁重聯(lián)經(jīng)典理論一般認(rèn)為，日冕中的磁重聯(lián)電流片的厚度只有幾十米，否則能量轉(zhuǎn)換的效率太低，不能支撐太陽爆發(fā)過程中的快速能量釋放！該項(xiàng)目的理論研究表明，長(zhǎng)電流片中等離子體會(huì)不穩(wěn)定性引起的湍流導(dǎo)致電流片中充滿不同尺度的湍流結(jié)構(gòu)、允許多種磁重聯(lián)過程同時(shí)進(jìn)行，厚電流片中的磁重聯(lián)也能快速進(jìn)行。該項(xiàng)目還對(duì)發(fā)生在太陽色球部分電離等離子體中的磁重聯(lián)過程開展了數(shù)值實(shí)驗(yàn)。由于色球環(huán)境不同于日冕，對(duì)計(jì)算條件進(jìn)行了相應(yīng)調(diào)整，包含雙極擴(kuò)散、電離度、輻射冷卻、非電離平衡、多流體成分等日冕環(huán)境沒有的因素在內(nèi)，使用單流體和多流體模式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和對(duì)比。結(jié)果表明，色球中的磁重聯(lián)過程也具有湍流與多尺度特征，磁重聯(lián)過程得到明顯加速。表明湍流在大尺度磁重聯(lián)過程中的普遍性，為磁重聯(lián)經(jīng)典理論補(bǔ)充了重要內(nèi)容；其次，實(shí)驗(yàn)結(jié)果首次表明色球磁重聯(lián)過程可以在局部區(qū)域?qū)囟葹閹浊Ф鹊牡入x子體加熱到幾萬度、甚至10萬度的高溫；另外，多流體模式下磁重聯(lián)過程的加熱效果會(huì)部分受到等離子體非電離平衡狀態(tài)的抑制，但在強(qiáng)磁場(chǎng)(＞ 500 G)環(huán)境中，加熱效果仍然明顯。這些結(jié)果的意義如下：

數(shù)值實(shí)驗(yàn)的結(jié)果(a)表明，發(fā)生在色球當(dāng)中的磁重聯(lián)可以在局部區(qū)域?qū)囟?T 為幾千度的等離子體加熱到幾萬度，而且也具有明顯的湍流特征。衛(wèi)星IRIS的觀測(cè)結(jié)果(b)表明在溫度較低(幾千度)的低層大氣中普遍存在溫度較高(幾萬度)的小區(qū)域(見子圖A、B、和F中的小亮點(diǎn))。這些區(qū)域出現(xiàn)在光球正負(fù)磁場(chǎng)相互靠近的區(qū)域上方(子圖C)，它們?cè)谛纬蓽囟容^低的譜線(子圖B和F)和形成溫度較高的譜線(子圖A)上均有所表現(xiàn)，但是在形成溫度更高(十萬度以上)的譜線上則沒有蹤跡(子圖D和E)。

第一，在經(jīng)典理論框架內(nèi)，一個(gè)電流片當(dāng)中磁重聯(lián)過程僅以單一的方式發(fā)生，沒有考慮等離子體不穩(wěn)定性，磁重聯(lián)速率或能量釋放率基本上由系統(tǒng)初始的結(jié)構(gòu)和參數(shù)決定，很難隨意提高。

第二，長(zhǎng)電流片內(nèi)部會(huì)出現(xiàn)多種等離子體不穩(wěn)定性，導(dǎo)致電流片內(nèi)部出現(xiàn)眾多中小尺度的結(jié)構(gòu)，有利于磁場(chǎng)的耗散；這些結(jié)構(gòu)之間還會(huì)發(fā)生相互作用，磁場(chǎng)被進(jìn)一步耗散，極大地提高了磁重聯(lián)效率。

第三，磁重聯(lián)是色球局部加熱的有效機(jī)制。觀測(cè)結(jié)果表明，太陽低層大氣中小尺度的加熱現(xiàn)象普遍存在；該項(xiàng)目從理論上解釋了觀測(cè)結(jié)果；成為國(guó)際上對(duì)該現(xiàn)象的主流理論解釋。該項(xiàng)目的代表性論文被英國(guó)IOP出版社評(píng)為2015-2017年度中國(guó)地區(qū)在天文研究領(lǐng)域位于前1%的高引用文章。

3） 設(shè)計(jì)出新的數(shù)值模擬，建立了新浮磁通量與日冕磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生纏繞結(jié)構(gòu)，然后災(zāi)變式地失去平衡和后續(xù)爆發(fā)的物理圖像。試驗(yàn)表明，這種相互作用能夠產(chǎn)生可由觀測(cè)證實(shí)的理論磁場(chǎng)位形，并最終產(chǎn)生Lin-Forbes模型所描述的爆發(fā)，證實(shí)了Lin-Forbes模型的合理性。取得了如下成果：

第一，計(jì)算中，對(duì)底邊界采取與真實(shí)演化一致的方式，用隨時(shí)間變化的電場(chǎng)代替運(yùn)動(dòng)磁場(chǎng)，對(duì)新浮磁通量和磁螺度如何導(dǎo)致日冕大尺度重構(gòu)過程提出全新的解釋。過去的太陽磁場(chǎng)全球模型則無法獲得這一結(jié)果。

第二，解釋快速CME的形成機(jī)制。新浮磁場(chǎng)導(dǎo)致爆發(fā)前日冕軟X-射線波段出現(xiàn)的S-形磁結(jié)構(gòu)的形成，是由2個(gè)J-型結(jié)構(gòu)拼接而成，不是之前認(rèn)為的單S-形結(jié)構(gòu)。為觀測(cè)結(jié)果提供了全新解釋，加深了對(duì)S-形結(jié)構(gòu)物理本質(zhì)以及可能的演化后果的認(rèn)識(shí)。

第三，既能自洽地捕捉到CME發(fā)生前后磁結(jié)構(gòu)的演化，展現(xiàn)Lin-Forbes模型中的磁位形，還可直接計(jì)算軟X-射線強(qiáng)度，這明顯優(yōu)于其他模型。太陽強(qiáng)X-射線輻射會(huì)導(dǎo)致地球大氣受熱膨脹，增加低軌衛(wèi)星受到的大氣阻力，降低其使用壽命。為評(píng)估太陽爆發(fā)對(duì)衛(wèi)星的影響提供了重要的理論參考。

刊發(fā)研究成果

該研究成果為太陽爆發(fā)的理論預(yù)報(bào)提供了物理基礎(chǔ)，作為封面文章發(fā)表在國(guó)際重量級(jí)物 理 研 究 刊 物Nature Physics上。Science編輯在刊物338卷、10月19日期的“Editor’s Choice”中將其評(píng)為“state-of-the-art”。該研究工作在“十二五”任務(wù)驗(yàn)收和科學(xué)院組織的“一三五”國(guó)際診斷與評(píng)估中，被評(píng)為“取得突出貢獻(xiàn)的工作”，入選2012“中國(guó)十大天文科技進(jìn)展”。

在該項(xiàng)目研究的基礎(chǔ)上，后續(xù)研究不斷獲得了國(guó)家科技經(jīng)費(fèi)的大力支持

國(guó)家973計(jì)劃 2013CBA01503：天體物理環(huán)境中高能粒子加速的實(shí)驗(yàn)室研究。

國(guó)家自然科學(xué)基金 10873030：爆發(fā)日珥磁流體動(dòng)力學(xué)演化的理論研究。

國(guó)家自然科學(xué)基金 11333007：日冕物質(zhì)拋射及其觸發(fā)機(jī)制的理論研究和數(shù)值模擬。

國(guó)家自然科學(xué)基金 11273055：耀斑-CME磁重聯(lián)電流片的理論研究和數(shù)值實(shí)驗(yàn)。

國(guó)家自然科學(xué)基金-天文聯(lián)合基金 U1631130：磁重聯(lián)電流片精細(xì)物理過程的高性能數(shù)值模擬方法研究。

中國(guó)科學(xué)院先導(dǎo)B合作項(xiàng)目 XDB09040202：太陽大氣基本結(jié)構(gòu)的高分辨研究及數(shù)值模擬。

中國(guó)科學(xué)院前沿科學(xué)重點(diǎn)研究計(jì)劃項(xiàng)目QYZDJ-SSW-SLHO12:太陽爆發(fā)活動(dòng)的精細(xì)電磁過程。

中國(guó)科學(xué)院“空間科學(xué)(二期)”戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)“空間科學(xué)預(yù)先研究項(xiàng)目”XDA15010900:太陽爆發(fā)的抵近探測(cè)。

中國(guó)科學(xué)院A類戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)臨近空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)專項(xiàng)總體技術(shù)預(yù)先研究XDA17040507：日冕儀臨近空間搭載實(shí)驗(yàn)。