地空学院何建森团队及其合作者实现对加热太阳大气激波的综合定量诊断

太阳大气加热和辐射所必要的能量来源题目是日地空间物理的基本题目之一，激波的耗散被猜测是一个紧张的渠道。然而一向以来缺乏对激波遥感的诊断方法，导致无法知晓激波的状况，比如激波的压缩比、上下流的温度、上下流的马赫数、传播速度、传播方向等，因而制约了人们对于激波加热太阳大气的熟悉。

北京大学地球与空间科学学院何建森研究员团队与合作者，针对最新一代的天基太阳光谱成像望远镜(Interface Region Imaging Spectrograph，IRIS)对太阳过渡区的光谱成像观测，提出了激波定量诊断的方法。此方法命名为Shock-ABIS，意为Shock Analysis Based on Imaging Spectrograph。该方法的创新点在于：（1）结合光谱成像的观测数据和激波跃变的理论关系；（2）行使波段随温度的相应函数，考虑电离对辐射强度转变的影响；（3）能够给出平行磁通量管传播的激波的全套参数。

天基太阳过渡区成像光谱仪（IRIS）对太阳大气及其中激波的成像和光谱的同时观测。下图左图为对日面太阳黑子的成像观测，中图为光谱分析得到的多普勒频移的时空切片特性，右图表现中图横虚线位置的光谱轮廓随时间的转变特性。下图事件在Tian et al.(2014)中也曾报道

为了证实该方法的有用性，研究团队行使正演模仿对方法进行了验证。在正演模型里，他们进行了关于太阳大气激波传播与加热的数值模仿，沿着不同的视线方向对受激波扰动前后的太阳大气做响应的光谱合成。基于合成光谱的时空转变，该方法给出了激波诊断的全套参数，并且和模型中的激波参数几乎同等。

太阳大气中激波传播的正演模仿效果。左侧为分层大气密度随高度的转变及其受激波传播的扰动，图中的倾斜蓝线为视线方向，两条蓝色实线为仿真光谱仪前端的狭缝能观测的范围。右侧从下到上依次为狭缝中心位置的合成光谱轮廓的时变特性、狭缝中心位置的合成光谱轮廓的时间堆叠图、沿着狭缝方向的光谱强度的时空切片

行使正演模仿对诊断方法的可行性进行验证：正演模仿的激波参数与方法诊断效果基本同等

研究团队行使该方法，对太阳过渡区的激波运动进行了首次定量诊断。诊断表现，激波的上、下流马赫数分别为1.3和0.8，激波的传播速度为50公里/秒，激波下流温度升高约两万度。研究效果注解，激波能够有用地加热乃至电离太阳大气，为太阳大气的辐射和热动力学供给需要的能量。

对太阳大气中激波序列的定量诊断效果

该研究工作近期发表在Astrophys. J.（ApJ）上，被选为美国天文学会期刊的研究亮点（亮点报道标题为“太阳大气中的激波”），被认为是“更进一步理解太阳大气的加热之谜”“是熟悉激波如何与太阳大气动态耦合并如何存放热量的关键一步”。除北京大学为第一作者单位外，该研究的合作单位还有中国科学院地质与地球物理研究所、比利时鲁汶大学。论文作者除何建森之外，还有：阮文治（北京大学硕士卒业，现为比利时鲁汶大学博士生）、闫丽梅（北大博士卒业，现为中科院地质地球所“博新计划”博士后）、王玲华研究员（北京大学）、魏勇研究员（中科院地质地球所）。研究工作得到国家天然科学基金创新研究群体、面上项目以及中组部青年拔尖人才计划的支撑。

编辑：麦洛