近日，空間科學(xué)攀登團隊宋紅強教授等人利用歐洲和美國多顆衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)揭示了日冕物質(zhì)拋射(CME)暗腔結(jié)構(gòu)的本質(zhì)。相關(guān)成果以“On the nature of the dark cavity of solar coronal mass ejections”為題在美國天文學(xué)會《天體物理學(xué)雜志》正式發(fā)表(2025, ApJ, 978, 40）。論文作者為空間科學(xué)攀登團隊宋紅強(通訊作者)、李樂平、王冰、夏利東和陳耀，空間科學(xué)與技術(shù)學(xué)院為第一完成單位。至此，經(jīng)過8年持續(xù)研究，宋紅強教授等人完成對CME三分量結(jié)構(gòu)的新解釋(Song et al. 2017, 2023, 2025)。

圖1. CME的三分量結(jié)構(gòu)(LASCO)

CME是太陽大氣中最劇烈的爆發(fā)現(xiàn)象，是極端空間天氣的主要源頭。一次典型的CME可向日地空間拋射上百億噸等離子體物質(zhì)。有趣的是CME在白光日冕儀圖像中通常呈現(xiàn)規(guī)則的三分量結(jié)構(gòu)，即亮前沿、暗腔和亮核(圖1)。幾十年來國際太陽物理學(xué)界普遍認為亮核對應(yīng)日珥，暗腔對應(yīng)磁繩，亮前沿對應(yīng)沿磁繩邊界堆積的等離子體。

宋紅強教授對上述傳統(tǒng)解釋提出質(zhì)疑，并經(jīng)過細致研究，提出了對CME三分量結(jié)構(gòu)本質(zhì)的新解釋。新解釋指出，在CME爆發(fā)初期磁繩對應(yīng)亮核(Song et al. 2017)，并認為沿冕環(huán)堆積的背景等離子體對應(yīng)亮前沿(Song et al. 2023)。由于缺乏日冕磁場的有效觀測，CME爆發(fā)初期暗腔是否為磁繩仍懸而未決。

圖2. 內(nèi)日冕觀測

圖3. 外日冕觀測

為澄清CME暗腔的本質(zhì)，宋紅強教授分析了一極端CME的形態(tài)演化特征。該CME源自熱通道磁繩爆發(fā)，在內(nèi)日冕時呈現(xiàn)三分量結(jié)構(gòu)且亮前沿為光滑弧形(圖2)。而在外日冕時其不再有三分量特征即暗腔消失，且其亮前沿出現(xiàn)一個鼓包(圖3)。暗腔消失與鼓包出現(xiàn)這些觀測特征揭示了CME暗腔的非磁繩本質(zhì)(Song et al. 2025)。

該研究工作得到了國家自然科學(xué)基金、國家重點研發(fā)計劃、中國科學(xué)院基礎(chǔ)與交叉前沿科研先導(dǎo)專項(B類)和山東大學(xué)杰出中青年學(xué)者項目的資助。