耀斑爆發(fā)期間電流的突然增加

王 楠，梁紅飛*，楊麗平，孫 霞，李子涵

(1. 云南師范大學(xué)物理與電子信息學(xué)院，云南 昆明 650500；2. 云南省高校高能天體物理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 云南 昆明 650500)

太陽(yáng)耀斑是太陽(yáng)最劇烈的活動(dòng)現(xiàn)象之一，耀斑的爆發(fā)常常伴隨著日冕物質(zhì)拋射(Coronal Mass Ejection, CME)和大量高能粒子輻射，對(duì)地球衛(wèi)星、無(wú)線電通信，甚至氣象、天文以及植物生長(zhǎng)等產(chǎn)生不同程度的影響，因此研究耀斑顯得至關(guān)重要。目前耀斑分類方式很多，按照形態(tài)和物理機(jī)制可以分為致密耀斑和雙帶耀斑[1]。雙帶耀斑一般為爆發(fā)型耀斑(伴隨日冕物質(zhì)拋射)[2]，在爆發(fā)過(guò)程中有幾個(gè)觀測(cè)特征，如耀斑環(huán)、色球?qū)佑^測(cè)到的J形耀斑雙帶以及扭曲的通量繩[3]。雙帶耀斑模型[4-5](CSHKP模型/標(biāo)準(zhǔn)耀斑模型)及其進(jìn)一步完善的模型[6-7]，在二維空間解釋了爆發(fā)耀斑的一些觀測(cè)特征(暗條上升導(dǎo)致的耀斑環(huán)頂?shù)男纬?、耀斑?，該理論模型表明，在耀斑爆發(fā)過(guò)程中，由于磁結(jié)構(gòu)改變，暗條上升，導(dǎo)致磁拱拉伸，在低層日冕中形成X型磁結(jié)構(gòu)，磁能在此耗散，產(chǎn)生了跨越磁中性線的一系列耀斑環(huán)，其足點(diǎn)在色球?qū)有纬梢唠p帶[1]。但是標(biāo)準(zhǔn)耀斑模型因?yàn)榫窒抻诙S空間，對(duì)于許多三維觀測(cè)特征，如耀斑環(huán)由強(qiáng)到弱的剪切，耀斑帶和通量繩的演化，以及光球電流的發(fā)展未作出解釋，所以相應(yīng)的三維模型應(yīng)運(yùn)而生。

早期研究人員提出了一些三維的卡通模型[8-9]，成功解釋了日冕S形和通量繩的爆發(fā)等三維觀測(cè)特征。隨后，文[10]對(duì)標(biāo)準(zhǔn)耀斑模型進(jìn)行了三維擴(kuò)展，研究了耀斑環(huán)的剪切變換，模擬了磁重聯(lián)發(fā)生位置電流片的演化，發(fā)現(xiàn)電流片在日冕物質(zhì)拋射后呈倒Y形，與耀斑環(huán)有相同的結(jié)構(gòu)，因此電流片從日冕延伸到光球?qū)拥淖泓c(diǎn)與耀斑帶有良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。之后三維標(biāo)準(zhǔn)耀斑模型進(jìn)一步擴(kuò)展，表明在磁力線聯(lián)系具有很陡梯度的準(zhǔn)分界層[11]處發(fā)生了磁重聯(lián)，該處的垂直橫截面表現(xiàn)出X形與雙曲通量管[12]在日冕處的形狀對(duì)應(yīng)，所以準(zhǔn)分界層周?chē)嬖趶?qiáng)電流密度區(qū)域[13-15]，準(zhǔn)分界層和電流密度的時(shí)間演化和形狀與耀斑帶類似[16]。文[17-18]研究不同的通量繩區(qū)域發(fā)現(xiàn)，從數(shù)據(jù)約束非線性無(wú)力場(chǎng)(Non-Linear Force-Free Field, NLFFF)模型中獲得的準(zhǔn)分界層的色球足跡與數(shù)值模擬和觀測(cè)中發(fā)現(xiàn)的耀斑帶和電流帶相似。文[3]通過(guò)對(duì)2011年2月15日X2.2級(jí)耀斑的研究，首次量化了耀斑爆發(fā)期間電流的變化。他們發(fā)現(xiàn)，在耀斑脈沖期間，J形電流帶的電流密度不管在直線部分還是曲線部分都表現(xiàn)為突然增加，通過(guò)模擬證實(shí)了這是由日冕電流層的突然坍塌導(dǎo)致的，對(duì)比垂直電流密度與AIA33.5 nm濾波器上觀測(cè)到的耀斑帶和模擬電流帶的時(shí)間演化圖，發(fā)現(xiàn)有良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，這在觀測(cè)上證實(shí)了具有準(zhǔn)分界層結(jié)構(gòu)的三維標(biāo)準(zhǔn)耀斑模型。

對(duì)于準(zhǔn)分界層結(jié)構(gòu)的三維標(biāo)準(zhǔn)耀斑模型的觀測(cè)支持需要分析更多活動(dòng)區(qū)的耀斑帶和電流帶的相似性，以及在爆發(fā)耀斑處電流的演化。本文針對(duì)活動(dòng)區(qū)AR12205的電流進(jìn)行研究，分析其在耀斑前后的變化，并將其形態(tài)與觀測(cè)到的耀斑帶進(jìn)行比較，為準(zhǔn)分界層三維標(biāo)準(zhǔn)耀斑模型提供觀測(cè)支持。本文中電流的計(jì)算是通過(guò)對(duì)太陽(yáng)動(dòng)力學(xué)天文臺(tái)上的日震磁像儀獲得的磁場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，利用安培定律積分形式計(jì)算電流密度，積分形式的優(yōu)勢(shì)是可以減少噪聲的影響。我們使用太陽(yáng)大氣成像儀(Atmospheric Imaging Assembly, AIA)觀測(cè)耀斑的形態(tài)及其演化。

1 太陽(yáng)動(dòng)力學(xué)天文臺(tái)的觀測(cè)和電流密度的計(jì)算

1.1 太陽(yáng)動(dòng)力學(xué)天文臺(tái)觀測(cè)儀器

太陽(yáng)動(dòng)力學(xué)天文臺(tái)[19]是美國(guó)國(guó)家航空航天局(National Aeronautics and Space Administration, NASA)“與恒星一起生存”(Living With a Star Program)計(jì)劃發(fā)射的第1顆人造觀測(cè)衛(wèi)星。太陽(yáng)動(dòng)力學(xué)天文臺(tái)共搭載3個(gè)科學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器：日震磁像儀[20]、太陽(yáng)大氣成像儀[21]和極紫外成像儀(EUV Variability Experiment, EVE)。日震磁像儀可以通過(guò)Fe I 617.3 nm吸收線獲得全日面4 096 × 4 096像素的連續(xù)強(qiáng)度圖像、視向磁圖和矢量磁場(chǎng)信息。視向磁圖的空間分辨率為1″，時(shí)間分辨率為45 s。矢量磁場(chǎng)[22]通過(guò)反演6個(gè)波長(zhǎng)處采集的斯托克斯矢量平均得到，因此應(yīng)用矢量磁場(chǎng)快速反演技術(shù)(Very Fast Inversion of the Stokes Vector, VFISV)獲得的矢量磁圖的時(shí)間分辨率降到12 min，空間分辨率為0.5″。矢量磁場(chǎng)快速反演技術(shù)的缺陷是計(jì)算的矢量磁場(chǎng)的方位角具有180°不確定性，太陽(yáng)動(dòng)力學(xué)天文臺(tái)團(tuán)隊(duì)在日震磁像儀中應(yīng)用該技術(shù)的同時(shí)利用能量最小法[23]彌補(bǔ)這一缺陷，使得日震磁像儀測(cè)量得到的矢量磁圖可以直接使用。

太陽(yáng)大氣成像儀上裝載4個(gè)望遠(yuǎn)鏡,1號(hào)望遠(yuǎn)鏡主要觀測(cè)13.1 nm和33.5 nm波段，2號(hào)望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)19.3 nm和21.1 nm波段，3號(hào)望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)160 nm和170 nm波段、可見(jiàn)光(450 nm)波段和17.1 nm波段，4號(hào)望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)9.4 nm和30.4 nm波段，這些波段的觀測(cè)區(qū)域?qū)?yīng)光球?qū)拥饺彰釋又g的全部太陽(yáng)大氣區(qū)。望遠(yuǎn)鏡具有12 s/24 s的時(shí)間分辨率和0.6″/1.2″的空間分辨率。本文主要利用太陽(yáng)大氣成像儀的17.1 nm，30.4 nm和160 nm波段的數(shù)據(jù)對(duì)所研究活動(dòng)區(qū)的耀斑形態(tài)及演化進(jìn)行分析，其中17.1 nm波段觀測(cè)區(qū)域?yàn)閷庫(kù)o日冕，對(duì)應(yīng)等離子體特征輻射溫度大約為0.7 MK，30.4 nm觀測(cè)區(qū)域?yàn)樯驅(qū)雍瓦^(guò)渡區(qū)，對(duì)應(yīng)等離子體特征輻射溫度大約為0.05 MK，160 nm波段觀測(cè)區(qū)域?yàn)楣馇蛏蠈雍瓦^(guò)渡區(qū)，對(duì)應(yīng)等離子體特征輻射溫度為0.1 MK[21]。選擇這3個(gè)波段的觀測(cè)數(shù)據(jù)目的是從各個(gè)太陽(yáng)大氣層中展現(xiàn)太陽(yáng)耀斑爆發(fā)期間耀斑的演化和精細(xì)結(jié)構(gòu)。

1.2 電流密度的計(jì)算方法

我們一般選擇發(fā)生在日面中心附近的事件進(jìn)行觀測(cè)，這樣可以有效避免投影效應(yīng)對(duì)觀測(cè)結(jié)果的影響。2014年11月7日發(fā)生在AR12205的X1.6級(jí)耀斑事件就是一次很好的觀測(cè)事件，它發(fā)生在日面坐標(biāo)N15E33上，同時(shí)AR12205是一個(gè)復(fù)雜的磁場(chǎng)區(qū)域(具有β，γ和δ型黑子群)，7日在該活動(dòng)區(qū)爆發(fā)了3個(gè)M級(jí)耀斑、5個(gè)C級(jí)耀斑和1個(gè)X級(jí)耀斑。

圖1(a)是AR12205在11月7日17：22：12UT時(shí)刻的縱向磁圖，其中白色代表正極磁場(chǎng)，黑色代表負(fù)極磁場(chǎng)，紅色箭頭指向極性反轉(zhuǎn)線(圖1(a)，(b)和(c)中的黃色虛線)。該活動(dòng)區(qū)存在兩個(gè)δ黑子(一個(gè)位于[-580″, 245″]，另一個(gè)位于[-530″、200″][24])，本文分別用藍(lán)色方框和紅色方框表示。圖1(b)為該活動(dòng)區(qū)在與圖1(a)同一時(shí)刻觀測(cè)到的矢量磁圖，其中背景灰度圖為圖1(a)中的縱向磁圖，上覆的箭頭表示橫向磁場(chǎng)，箭頭長(zhǎng)度表示橫向磁場(chǎng)的大小，箭頭方向表示橫向磁場(chǎng)方向，藍(lán)色和紅色是為了區(qū)分正極和負(fù)極縱向磁場(chǎng)。從表示橫向磁場(chǎng)的箭頭中，我們發(fā)現(xiàn)極性反轉(zhuǎn)線附近的箭頭與極性反轉(zhuǎn)線不完全垂直，有的甚至平行于極性反轉(zhuǎn)線，表明磁場(chǎng)存在明顯的剪切，這在文[24]利用地面快速振蕩太陽(yáng)大氣成像系統(tǒng)(安裝在新墨西哥州美國(guó)國(guó)家太陽(yáng)天文臺(tái)Dunn太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡上[25])觀測(cè)到的圖像中可以更明顯地看出。有剪切就代表存在電流[1]。光球內(nèi)電流密度的垂直分量jz可以通過(guò)聯(lián)合科學(xué)運(yùn)營(yíng)中心(Joint Science Operations Center, JSOC)數(shù)據(jù)庫(kù)中的矢量磁場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。通常人們利用安培定律的微分形式計(jì)算，

圖1 (a)2014年11月7日17：22：12 UT AR12205的縱向磁圖，白色為正極，黑色為負(fù)極，左側(cè)顏色棒代表磁場(chǎng)大小；(b)底板為縱向磁圖，其上疊加了同時(shí)間的矢量磁圖，紅色箭頭代表負(fù)極縱向磁場(chǎng)，藍(lán)色箭頭代表正極縱向磁場(chǎng)，箭頭長(zhǎng)度表示橫向磁場(chǎng)的大小，箭頭方向表示橫向磁場(chǎng)方向；(c)該活動(dòng)區(qū)17：22：12 UT的電流密度分布圖，左側(cè)顏色棒代表電流密度大小。3幅圖中的黃色點(diǎn)線代表極性反轉(zhuǎn)線

(1)

其中，μ0為真空磁導(dǎo)率。但是隨著空間觀測(cè)儀器分辨率的提高，微分形式計(jì)算的電流密度受隨機(jī)誤差的影響，真實(shí)數(shù)據(jù)被誤差淹沒(méi)。該算法的弊端在文[26]中有詳細(xì)描述，該文提出采用安培定律積分算法計(jì)算光球電流密度的垂直分量要優(yōu)于微分算法。所以本文也采用安培定律的積分形式

(2)

計(jì)算電流密度的垂直分量jz，其中，l為所選積分路徑；Δs為積分路徑l所包圍的面積。為了計(jì)算方便，積分路徑l一般選擇邊長(zhǎng)為nΔx的正方形(n為空間隔點(diǎn)數(shù)，Δx為空間隔點(diǎn)寬度即分辨率)。n的選取要適當(dāng)，文[26-27]的詳細(xì)計(jì)算表明，不同的磁場(chǎng)背景下，n=4時(shí)積分路徑最優(yōu)。當(dāng)n=4時(shí)，所選積分路徑如圖2中黑色粗線方框，其中O點(diǎn)為環(huán)路積分中心點(diǎn)，圍繞O點(diǎn)以正方形(Δx=Δy)的黑色粗線積分路徑對(duì)橫向磁場(chǎng)(Bx,By)積分可以得到該區(qū)域中的電流密度平均值。由(2)式可得該積分環(huán)路中電流密度的計(jì)算公式為

圖2 安培定律積分算法的積分路徑，黑色粗線方框?yàn)閚=4時(shí)的積分路徑

(3)

其中，Δs=4Δx×4Δy。

圖1(c)是利用該公式在AR12205 17：22：12 UT計(jì)算得出的光球?qū)哟怪彪娏髅芏萰z，從圖中可以看出，電流密度的分布與磁場(chǎng)分布相同，集中分布在兩個(gè)δ黑子區(qū)域，橙黃色(藍(lán)色)代表的正(負(fù))電流密度大多出現(xiàn)在正(負(fù))極性上。沿著極性反轉(zhuǎn)線(圖中黃色虛線)，正負(fù)電流密度分布在兩側(cè)，表示相反的電流帶，呈現(xiàn)雙J形結(jié)構(gòu)。

2 電流密度在耀斑爆發(fā)期間的演化

為了研究AR12205的電流密度在X1.6級(jí)耀斑爆發(fā)期間(X1.6級(jí)耀斑在16：53 UT開(kāi)始爆發(fā)，17：26到達(dá)峰值)的變化，我們通過(guò)日震磁像儀觀測(cè)到的矢量磁場(chǎng)數(shù)據(jù)，利用安培環(huán)路積分法從耀斑爆發(fā)前(16: 46 UT)開(kāi)始，每隔12 min計(jì)算一次活動(dòng)區(qū)AR12205的電流密度的垂直分量，截至耀斑主相(17: 46 UT)，一共6幅圖，如圖3。其中橙黃色斑塊表示>0.1 A/m2的正電流密度，藍(lán)紫色斑塊表示<-0.1 A/m2負(fù)電流密度，藍(lán)色方框和紅色方框所圍區(qū)域分別為兩個(gè)δ黑子區(qū)域。從圖中可以發(fā)現(xiàn)，藍(lán)色方框區(qū)域的電流密度變化最明顯。耀斑爆發(fā)前此處正負(fù)電流密度分別分布在極性反轉(zhuǎn)線兩側(cè)(圖3(a))，隨著重聯(lián)發(fā)生，負(fù)電流密度帶面積變大，并向右側(cè)移動(dòng)，到17：22 UT時(shí)刻發(fā)現(xiàn)極性反轉(zhuǎn)線右側(cè)出現(xiàn)了少量負(fù)電流密度，如圖(d)，負(fù)電流密度的輪廓也由初始耀斑爆發(fā)時(shí)刻顯示的橢圓形(圖(b))變成了圓形(圖(e))；同時(shí)正電流密度增加，在16：46 UT藍(lán)色方框區(qū)域的正電流密度是連續(xù)的，17：10 UT正電流密度帶向下拉伸延長(zhǎng)，但隨著負(fù)電流密度向右移動(dòng)，正電流密度在17：22 UT之后被撕裂成了兩部分(圖(d))。紅色方框內(nèi)的垂直電流密度從間隔12 min的演化圖中并不能觀測(cè)到明顯的變化，所以為了更直觀地看到電流密度在耀斑爆發(fā)前后形態(tài)的變化，我們作了光球電流密度垂直分量的差異分布圖，如圖4，(a)為17：22：12 UT與16：46：12 UT的垂直電流密度差異圖，(b)為17：34：12 UT與16：58：12 UT的垂直電流密度差異圖。圖4表明在耀斑開(kāi)始前后藍(lán)色方框所選區(qū)域的垂直電流密度差異變化最大，而紅色方框內(nèi)的電流密度在耀斑達(dá)到峰值后顯著增加。

圖3 活動(dòng)區(qū)AR12205在2014年11月7日耀斑發(fā)生前、期間和發(fā)生后的垂直電流密度時(shí)間演化圖。橙黃色代表正電流密度，藍(lán)紫色代表負(fù)電流密度，(a)左上角顏色棒代表電流密度大小

圖4 (a)為17:22:12 UT～16:46:12 UT時(shí)刻垂直電流密度差分圖；(b)為17:34:12 UT～16:58:12 UT時(shí)刻垂直電流密度差分圖。其中藍(lán)色方框?yàn)殡娏髅芏茸兓畲蟮膮^(qū)域，紅色方框是另一個(gè)δ黑子所在區(qū)域，電流密度變化相對(duì)較大。橙黃色斑塊表示>0.05 A/m2的正電流密度，藍(lán)紫色斑塊表示<-0.05 A/m2負(fù)電流密度

為了量化耀斑爆發(fā)前后電流的變化，我們通過(guò)對(duì)圖3中藍(lán)色方框和紅色方框所選區(qū)域的電流密度分別進(jìn)行積分，得到了這兩處電流強(qiáng)度隨時(shí)間變化的輪廓圖，即圖5和圖6。圖5和圖6中的實(shí)線和虛線輪廓分別表示正電流和負(fù)電流，垂直虛線分別表示電流突然開(kāi)始增加的時(shí)間和達(dá)到頂點(diǎn)的時(shí)間。從圖5可以很直觀地看出在耀斑開(kāi)始前5分鐘 16：48 UT，電流突然增加，正電流從大約1.9×1012A增加到2.47×1012A，是原來(lái)的1.3倍；負(fù)電流從大約1.75×1012A增加到2.38×1012A，是原來(lái)的1.36倍。在耀斑緩變相時(shí)，該處電流回落，但回落的幅度不大，且比較緩慢。圖6中的正負(fù)電流強(qiáng)度輪廓也表現(xiàn)為突然增加，但是它們?cè)黾拥倪^(guò)程將近1小時(shí)，正電流在大概17：00 UT開(kāi)始增加，從大約1.92×1012A增加到2.30×1012A，是原來(lái)的1.19倍；負(fù)電流在16：48開(kāi)始增加，從大約1.93×1012A增加到2.28×1012A，是原來(lái)的1.18倍。17：50 UT后，紅色方框區(qū)域的電流有所回落，但是我們發(fā)現(xiàn)在18：30之后不管是正電流還是負(fù)電流它們又呈現(xiàn)一種增長(zhǎng)趨勢(shì)，不過(guò)較緩，不是一種突然的增加，這一現(xiàn)象在圖5中也可以發(fā)現(xiàn)，在耀斑爆發(fā)后存在第2個(gè)全局性爆發(fā)后拱廊系統(tǒng)[28]，所以在X1.6級(jí)耀斑結(jié)束后，不管是藍(lán)色方框區(qū)域還是紅色方框區(qū)域內(nèi)的電流都緩慢增加?？偨Y(jié)這些特征發(fā)現(xiàn)，磁場(chǎng)發(fā)生明顯剪切的區(qū)域電流密度增加，電流隨時(shí)間的演化輪廓圖中(圖5)，在耀斑脈沖階段電流突然增加后緩慢演變。這些現(xiàn)象表明，依賴偏振光信號(hào)得到的電流密度并沒(méi)有受到耀斑爆發(fā)的影響而失真。

圖5 圖3中藍(lán)色方框所指區(qū)域的積分電流強(qiáng)度變化圖。橫坐標(biāo)表示時(shí)間，從12～23 UT，縱坐標(biāo)表示電流強(qiáng)度值。虛線表示負(fù)電流強(qiáng)度，實(shí)線表示正電流。垂直虛線分別表示電流突然開(kāi)始增加的時(shí)間和耀斑峰值時(shí)間

圖6 圖3中紅色方框區(qū)域的積分電流強(qiáng)度變化圖。橫坐標(biāo)表示時(shí)間，從12～23 UT，縱坐標(biāo)表示電流強(qiáng)度。虛線表示負(fù)電流強(qiáng)度，實(shí)線表示正電流。垂直虛線分別表示電流突然開(kāi)始增加的時(shí)間、耀斑峰值時(shí)間和電流達(dá)到頂峰的時(shí)間

電流密度在耀斑爆發(fā)前突然增加與耀斑的爆發(fā)有何聯(lián)系？下面我們利用大氣成像儀觀測(cè)X1.6級(jí)耀斑的演化，分析耀斑的演化與電流突然增加的關(guān)系。

2014年11月7日在AR12205爆發(fā)的X1.6級(jí)耀斑，是由耀斑開(kāi)始時(shí)的通量繩噴發(fā)，引發(fā)了一系列爆發(fā)事件， AR12205活動(dòng)區(qū)穩(wěn)定性變?nèi)?，之前磁?chǎng)存儲(chǔ)的剪切被釋放導(dǎo)致耀斑爆發(fā)[26]。X1.6級(jí)耀斑的形態(tài)是一個(gè)典型的雙帶結(jié)構(gòu)。從圖7可以看到，在大氣成像儀3個(gè)波段耀斑雙帶的時(shí)間演化圖，3個(gè)波段分別為17.1 nm，30.4 nm和160 nm，對(duì)應(yīng)圖中第1列、第2列和第3列，每一行的3幅圖時(shí)間幾乎相同。首先在第1行(耀斑的初始爆發(fā)時(shí)刻左右)的a1和b1圖中我們發(fā)現(xiàn)明顯的增亮現(xiàn)象，從光球?qū)由峡梢钥吹酵晃恢玫脑隽连F(xiàn)象在2 min后演化為磁環(huán)(圖7 c1)，之后該磁環(huán)斷裂成兩部分，兩條色帶在160 nm波段逐漸清晰。17.1 nm和30.4 nm圖中可以看到磁環(huán)分裂成的分支的解扭過(guò)程，圖a2和b2中磁環(huán)分支明顯存在扭曲，大概10 min后(a3和b3圖)扭曲的分支解扭被拋射，17.1 nm波段(圖7 a3)中耀斑環(huán)逐漸形成，色球?qū)?30.4 nm， 圖6 b3)中正J形結(jié)構(gòu)耀斑雙帶同時(shí)觀測(cè)到。這一系列的觀測(cè)現(xiàn)象表明，該處是耀斑爆發(fā)的初始位置，發(fā)生了磁重聯(lián)，這一位置正是圖3中藍(lán)色方框區(qū)域，電流密度變化最大的區(qū)域。在圖7的最后一行圖中，耀斑峰值時(shí)刻，17.1 nm，30.4 nm和160 nm波段中耀斑雙帶的彎曲部分都明顯增亮，該處正是紅色方框區(qū)域內(nèi)電流密度增加的位置。文[28]利用RHESSI(The Reuven Ramaty High Energy Solar Spectroscopic Imager)數(shù)據(jù)[29]分析了與離子加速相關(guān)的硬X射線源，表明該處存在E=12～25 keV的硬X射線輻射，耀斑峰輻射與耀斑爆發(fā)初始位置不同，說(shuō)明紅色方框區(qū)域也發(fā)生了磁重聯(lián)。不光電流帶的電流密度增加的位置與耀斑帶輻射增亮的位置相同，同時(shí)它們的形態(tài)也相似，我們將17：22：16時(shí)計(jì)算的電流輪廓圖疊加在17：22：18時(shí)的AIA160 nm圖像上(如圖8)，紅色電流密度輪廓為0.02 A/m2，藍(lán)色為等值的負(fù)電流密度輪廓，可以發(fā)現(xiàn)，電流和耀斑有良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

圖7 2014年11月7日在活動(dòng)區(qū)AR12205利用太陽(yáng)大氣成像儀觀測(cè)到的3個(gè)波段的耀斑演化圖。第1列為在17.1 nm波段的耀斑開(kāi)始、期間、峰值的觀測(cè)圖，第2列和第3列分別為30.4 nm和160 nm波段觀測(cè)圖，它們的觀測(cè)時(shí)間以最左列每幅圖時(shí)間為準(zhǔn)，每一行的時(shí)間點(diǎn)大概相近

圖8 17：22：16時(shí)的電流輪廓圖疊加17：22：18時(shí)的AIA160 nm圖像。紅色輪廓為大小等于0.02 A/m2的電流密度，藍(lán)色為等值的負(fù)電流密度輪廓

3 討論與結(jié)論

本文主要驗(yàn)證準(zhǔn)分界層標(biāo)準(zhǔn)耀斑模型。該模型由于磁場(chǎng)非勢(shì)性的積累，通量繩下的準(zhǔn)分界層中心處的電流層變薄，發(fā)生重聯(lián)，形成耀斑環(huán)和耀斑帶，通量繩進(jìn)一步構(gòu)建，在環(huán)面不穩(wěn)定性的驅(qū)動(dòng)下，電流層繼續(xù)變薄甚至坍塌，磁能沿電流層釋放，導(dǎo)致其在光球?qū)拥淖阚E——垂直電流密度增強(qiáng)[3]，日冕電流層的足跡與沿極性反轉(zhuǎn)線方向彼此遠(yuǎn)離的J形耀斑帶對(duì)應(yīng)[11]。

我們通過(guò)研究2014年11月7日AR12205上發(fā)生的X1.6級(jí)耀斑爆發(fā)期間的電流演化，發(fā)現(xiàn)光球電流與耀斑的演化及形態(tài)非常相似，電流密度在耀斑帶輻射增強(qiáng)的位置呈現(xiàn)一種突然增加的現(xiàn)象。X1.6級(jí)耀斑是一個(gè)多次爆發(fā)并且持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的爆發(fā)事件，該耀斑爆發(fā)期間發(fā)生了多次重聯(lián)。本文重點(diǎn)研究了發(fā)生在耀斑爆發(fā)初始位置和耀斑爆發(fā)輻射峰值處重聯(lián)前后的光球電流的變化，得出如下結(jié)論：在耀斑爆發(fā)初始位置的電流在耀斑爆發(fā)前5 min陡然增加，正負(fù)電流都增加為原來(lái)的1.3倍；耀斑爆發(fā)輻射峰值位置電流增加為原來(lái)的1.19倍。同時(shí)沿著極性反轉(zhuǎn)線兩側(cè)的黑子分布的電流帶與耀斑帶有良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，且都呈雙J形結(jié)構(gòu)。我們的觀測(cè)與三維準(zhǔn)分界層標(biāo)準(zhǔn)耀斑模型的一些理論預(yù)測(cè)一致，表明該模型對(duì)X級(jí)大耀斑的觀測(cè)解釋是正確的，如耀斑帶和電流帶演化的相似性，電流在耀斑期間增加，我們的研究也為該模型提供了另一觀測(cè)證據(jù)。未來(lái)我們將對(duì)近十年伴隨日冕物質(zhì)拋射的X級(jí)耀斑進(jìn)行統(tǒng)計(jì)研究，以檢驗(yàn)準(zhǔn)分界層標(biāo)準(zhǔn)耀斑模型的普適性。