［本站(zhàn)訊］近日，空間科學攀登團隊太陽大氣物理(lǐ)與探測課題組在日冕物質抛射（CMEs）的物質來源、加熱機制及CMEs與耀斑的關聯研究領域取得新(xīn)進展。成果以“The contribution and FIP bias of three types of materials inside ICMEs associated with different flare intensities”爲題被美國天文學會天體物理(lǐ)學研究期刊（The Astrophysical Journal）接收發表。課題組付輝副教授爲第一(yī)作(zuò)者和通訊作(zuò)者，課題組成員夏利東、黃正化(huà)、戚由倩和博士研究生(shēng)石新(xīn)正爲該項研究合作(zuò)者。論文匿名評審專家在評審意見中建議我們在該文中将課題組開展的系列前序工作(zuò)進行系統的整理(lǐ)和總結，認爲上(shàng)述工作(zuò)對ICMEs物質來源、等離子(zǐ)體性質及其與耀斑的關聯開展了(le)有吸引力和有價值（interesting and useful）的研究。

CMEs和耀斑是太陽上(shàng)發生(shēng)的最劇烈的能(néng)量釋放(fàng)過程，他們之間的關聯研究是太陽物理(lǐ)和恒星物理(lǐ)的重要課題，同時在空間天氣學應用領域也(yě)有重要價值。對行星際日冕物質抛射（ICMEs）的物質來源和産生(shēng)機制開展研究可以增進對CME和耀斑之間關聯的認識。山東大學空間科學攀登團隊太陽大氣物理(lǐ)與探測課題組從物質來源和産生(shēng)機制的視角，對ICMEs内部電荷态、氦元素豐度、FIP bias效應與其源區活動開展了(le)系統的個例分(fēn)析和統計研究。近三年來，相關成果共在國際權威期刊發表專業論文四篇，其中The Astrophysical Journal Letter一(yī)篇，The Astrophysical Journal三篇。

圖1：磁繩足跟色球蒸發效應加熱的高溫等離子(zǐ)體産生(shēng)和注入磁繩結構示意圖（取自Zhai, Fu et al. 2022)。

Fu et al. (2020)直接觀測到來自色球，被色球蒸發效應加熱的等離子(zǐ)體在磁繩足跟被加熱，并注入到CME内部的整個過程。該個例觀測研究爲ICMEs内部高溫物質來自色球蒸發效應提供了(le)觀測上(shàng)的證據。上(shàng)述CME高溫物質加熱和供給方式可以合理(lǐ)解釋ICMEs内部氦元素豐度爲何如(rú)此之高，這一(yī)困擾了(le)人(rén)們近半個世紀的問題。

圖2：伴随和不伴随耀斑近地ICMEs的發生(shēng)率在太陽活動第23周和24周對比（取自Shi, Fu et al. 2022)。

爲了(le)評估色球蒸發加熱的高溫物質對ICMEs的貢獻是否重要，其與直接被日冕中的磁重聯直接加熱的高溫物質的相對比例如(rú)何？Zhai, Fu et al. (2022)按照源區是否伴随耀斑将ICMEs分(fēn)成兩類，發現兩類ICMEs局地性質存在顯著差異。作(zuò)者根據統計結果提出了(le)依據局地探測性質推斷ICMEs内部物質來源和産生(shēng)機制的判據。研究結果表明，ICMEs内部有超過一(yī)半的高溫物質來自色球蒸發效應。上(shàng)述統計結果對标準的flare-CME模型中，ICMEs内部高溫物質來自磁場重聯直接加熱的觀點提供了(le)補充和修正。

圖3：ICMEs内部物質來源随耀斑等級的變化(huà)特征（取自Fu et al. 2023)。

根據上(shàng)述統計結果，Shi, Fu et al. (2022)對黑子(zǐ)數存在顯著差異的太陽活動第23和24周兩類ICMEs的性質和發生(shēng)率進行了(le)系統的分(fēn)析。研究結果表明，太陽活動周強度調制的主要是與耀斑有關的ICMEs的發生(shēng)率，兩類ICMEs的速度、電荷态、氦元素豐度、FIP bias都存在顯著差異，每個CME的爆發可能(néng)都與磁繩有關。

圖4：ICMEs内部來源和加熱機制不同的三類等離子(zǐ)體FIP bias效應對比及它們随耀斑等級的變化(huà)（取自Fu et al. 2023)。

爲了(le)分(fēn)析ICMEs内部物質來源及其性質對耀斑強度的依賴，Fu et al. (2023)分(fēn)析了(le)ICMEs内部來源和産生(shēng)機制不同的三類物質的貢獻及它們的性質随耀斑強度的演化(huà)特征。分(fēn)析結果表明，近地ICMEs速度和尺度均随着耀斑增強而變大，ICMEs内部不同來源和産生(shēng)機制的三類物質的占比和性質均随着耀斑強度而變化(huà)。來自色球蒸發的等離子(zǐ)體的FIP bias顯著高于其他物質。對于伴随強耀斑的ICMEs其内部大約有2/3以上(shàng)的等離子(zǐ)體來自色球蒸發效應。該工作(zuò)可以合理(lǐ)的解釋ICMEs内部FIP bias爲何顯著高于背景太陽風，這一(yī)長期就(jiù)被發現的觀測特征。也(yě)意味着伴随着強耀斑的ICMEs會對行星際空間環境造成更加重大的影響。

上(shàng)述系列工作(zuò)的第一(yī)和通訊作(zuò)者單位均爲山東大學，主要合作(zuò)者來自英國盧瑟福阿普頓實驗室和德國馬克斯-普朗克研究所。相關結果發現了(le)ICMEs内部高溫物質來源的新(xīn)途徑，對已有的标準flare-CME模型提供了(le)補充，給出了(le)ICMEs内部物質來源和性質對源區伴随耀斑強度的依賴。解釋了(le)ICMEs内部氦元素豐度和FIP bias效應爲何遠高于背景太陽風，這一(yī)困擾人(rén)們近半個世紀的問題。加深了(le)對CMEs産生(shēng)機制，以及CMEs與耀斑之間關聯等重要問題的理(lǐ)解。感謝國家自然科學基金(jīn)天文聯合、面上(shàng)及重點等項目對該系列研究的資助。

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1.The High Helium Abundance and Charge States of the Interplanetary CME and Its Material Source on the Sun

2.Charge States, Helium Abundance, and FIP Bias of the Interplanetary CMEs Classified by Flares and Hot Channels

3.The Solar Cycle Dependence of In Situ Properties of Two Types of Interplanetary CMEs during 1999–2020

4.The contribution and FIP bias of three types of materials inside ICMEs associated with different flare intensities