點擊“國家空間科學中心”關注我們吧

2024年10月發生特大地磁暴事件，Dst指數最低降至-333 nT，為第25太陽活動周第二強地磁暴。中國科學院國家空間科學中心太陽活動與空間天氣全國重點實驗室王瑞副研究員等利用我國"夸父一號"衛星搭載的萊曼阿爾法日冕儀（SCIWL）獲取的關鍵觀測數據，結合多源遙感與原位探測資料，揭示了此次磁暴由暗條-活動區日冕物質拋射（CME）感應爆發及相互作用共同驅動的物理機制。

2024年10月9日01:56 UT，活動區AR 13848爆發X1.8級耀斑，隨后引發強烈地磁擾動及第25太陽活動周最強質子事件，峰值通量達1150 pfu（http://www.sepc.ac.cn/）。然而，基于大角度光譜日冕儀（LASCO）與前導空間觀測臺（STEREO-A）的傳統自動識別程序將此次爆發定性為單一全暈狀CME，這與原位探測數據所顯示的CME相互作用特征并不一致。厘清源區CME的真實結構因此成為解析此次磁暴成因的關鍵。

圖1. 多日冕儀聯合觀測與GCS模型擬合。（a）、（b）夸父一號SCIWL觀測到的雙CME先后浮現過程；（c）SCIWL與LASCO觀測疊加對比圖（紅色：跨活動區-寧靜區暗條；藍色：活動區CME）；（h）、（i）基于球形激波模型的擬合結果。

傳統日冕儀LASCO視場無法覆蓋爆發早期階段，STEREO-A則因視角受限，致使雙CME結構難以分辨。我國夸父一號SCIWL日冕儀視場覆蓋1.1至2.5個太陽半徑，恰好彌補了極紫外成像與常規白光日冕儀之間的觀測間隙。分析表明：兩個獨立CME前沿結構先后進入SCIWL視場，且分別對應于LASCO中"蝴蝶形"CME的左右兩翼（圖1），為雙CME結構提供了直接成像證據。結合太陽軌道飛行器（Solar Orbiter）的全日成像儀（FSI）觀測，研究團隊進一步確認耀斑爆發前一條跨活動區大尺度暗條已發生重聯并緩慢抬升，與活動區冕環擴張在空間上相互獨立，表明兩者分屬不同爆發單元。

研究團隊采用GCS模型對兩個CME分別擬合，結果顯示二者在COR2視場中近乎交疊。鑒于CME早期的相互作用會顯著改變其宏觀形態，團隊采用球形激波擬合法對兩者的共同激波面進行了反演，估算出激波的線性傳播速度約為1730 km/s。

原位測量方面，Wind與STEREO-A的日地連線夾角為多點比對提供了條件。兩處均記錄到前方CME磁場的顯著增強（Wind處50 nT，STEREO-A處60 nT），符合相互作用區磁場壓縮特征（圖2）。Wind測得較強南向分量，與Dst快速下降直接相關；STEREO-A雖磁場更強但因缺乏南向分量，預估Dst僅約-100 nT。這一差異表明，中等夾角偏離即可導致地磁效應評估的明顯不確定性。

圖2. 左：Wind原位測量結果；右：STEREO-A原位測量結果。黃、藍色陰影分別標示兩個CME本體區間，藍色虛線為激波前沿。

后方CME在兩個測點的手性與磁軸指向與源區活動區CME一致，前方CME磁軸則與暗條存在較大偏差，可能與暗條在行星際空間的kink不穩定性或后方CME擠壓作用有關。CORHEL-CME模擬進一步印證了相互作用后磁場連通性的復雜化（圖3）。

圖3. CORHEL-CME模擬結果。左：爆發初期跨活動區暗條與活動區磁繩的磁場拓撲位型。右：雙CME爆發后形成的復雜磁場位形及連通性特征。

本項研究綜合利用夸父一號SCIWL日冕儀的關鍵內日冕觀測、多視角遙感數據及多點就地測量，厘清了2024年10月特大地磁暴的雙CME源區結構及其行星際相互作用過程。研究表明，忽視爆發源區的細節可能導致對CME活動復雜性的低估，而多點就地測量對于確認暗條爆發及揭示相互作用區磁場增強效應具有不可替代的驗證價值。上述認識為提升極端空間天氣事件的預報能力提供了新的觀測約束與理論參考。

相關成果已發表于國際學術期刊The Astrophysical Journal Letters。合作單位包括國家衛星氣象中心、紫金山天文臺及國家天文臺等。該項研究獲得了中國科學院B類先導專項、國家重點研發計劃、國家自然科學基金面上項目、中國氣象局空間天氣重點開放實驗室開放課題及太陽活動與空間天氣全國重點實驗室專項基金等支持。

論文信息：

https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ae5801

歡迎關注我們，轉載授權、投稿事宜請
在文后留言，小編會盡快處理