科学团队揭示暗条碰撞与磁重联完整因果链

近日，中国科学院云南天文台抚仙湖太阳观测和研究基地的硕士研究生吴宗银和导师薛志科研究员等人利用NVST、SDO、CHASE、GOES四台太阳望远镜的联合观测数据，观测到了两个暗条碰撞并引发磁重联的完整过程，展示了该事件“光球驱动—暗条碰撞—磁重联—新暗条形成”的完整因果链，揭示了光球磁场演化驱动暗条运动和磁重联，以及相互作用角、磁通量、暗条手性等对磁重联的影响。相关研究成果“The Observations of Magnetic Reconnection during the Interaction Process of Two Active Region Filaments”于近期发表在国际期刊《天体物理学杂志》（The Astrophysical Journal）上。

太阳暗条是太阳大气中由磁结构支撑的低温高密的等离子体，暗条与暗条之间的相互作用可触发磁重联过程并释放磁能，但暗条碰撞触发磁重联的精细物理过程仍缺乏直接观测证据。另外，现有大多数研究工作多聚焦于由爆发驱动的暗条相互作用，光球磁场缓慢运动如何通过暗条碰撞触发磁重联尚未被报道和研究。

吴宗银及其合作者主要基于NVST、SDO/AIA和CHASE高分辨率成像数据和SDO/HMI视向磁场和矢量磁场数据，详细研究了2023年5月9日活动区NOAA 13296中两个暗条（F1和F2）相互靠近并碰撞的过程（如图1所示），并进一步分析了碰撞引起的磁重联观测证据。通过追踪暗条及暗条足点区域光球磁场演化的运动，利用时间距离图和DAVE速度场分析方法，他们发现一个暗条几乎不动，另一个暗条运动方向和其足点区域光球磁场运动方向和速度大小十分接近，并且整个过程中两个暗条并没有爆发现象。该研究表明光球磁场演化可以导致两个暗条发生碰撞并产生相互作用。暗条F1和F2在重联之后形成了两个新的暗条（F3 和F4），而F1 完全消失，有趣的是，F2 保留了一部分，这种重联后的磁结构形态特征被称为部分弹弓重联（如图2所示）。

为了探讨相互作用过程中对磁重联的影响及部分弹弓重联的形成原因，研究人员对相互作用角、暗条轴向磁通量、暗条手性进行了分析。他们首先对相互作用角进行了估算（约为5π/4）, 符合弹弓相互作用的π/2 和3π/2 之间的角度要求。并且在对暗条手性的识别上，发现它们都是左旋暗条，根据Linton 等人的相关模拟研究，这可能意味着两个暗条是低扭缠的，这也解释了两个暗条最终没有爆发的原因。暗条F2比F1更大更宽，意味着它具有更多的轴向磁通量，无法完全重联，导致剩余部分悬挂在两个暗条之间的位置而形成部分重联。综合前人的研究，在日冕中暗条磁通量不相等的情况更为普遍，碰撞可能更为频繁，因此研究人员推测磁通量不同的暗条碰撞比相同磁通量的暗条碰撞更普遍，也就是说部分重联可能比完全重联更容易发生。

该项研究获得了中国科学院基础与交叉前沿科研先导专项（B类）、国家杰出青年基金、中国科学院青年创新促进会、云南省太阳物理与空间目标监测重点实验室等项目的支持。

图1展示了F1的运动和光球磁场的演变。(d)和(e)分别显示了沿S1和S2的时距图。(a1)至(b4)中的绿线表示暗条F1的位置。横向磁场（c1-c4）由叠加在纵向磁场正（负）极性区域上的蓝色（红色）箭头表示。

图2暗条相互作用过程和磁重联观测特征。图(b)中，F3和F4的轴向场方向分别用蓝色和黄色箭头表示。图(d)中的紫色箭头表示等离子体团，而青色箭头表示电流片，绿色箭头表示流出。