近日，山东大学空间科学与技术学院在日冕物质抛射（CME）前沿鼓包研究方面取得新进展，相关成果以“The Formation ofaBulge at the Front of Solar Coronal Mass Ejections”为题，在美国《天体物理学杂志》（The Astrophysical Journal, ApJ）发表。该研究揭示了CME前沿常见鼓包结构的两种不同形成机制，为理解CME的三分量结构提供了新线索。论文第一作者为空间科学与技术学院2024级本科生何子谦同学，宋红强教授为通讯作者。主要合作者包括国家天文台李乐平副研究员、谭宝林研究员、紫金山天文台张擎旻副研究员、云南天文台闫晓理研究员和山东大学陈耀教授等。

日冕物质抛射是太阳大气中最剧烈的爆发现象之一，其抛出的巨大磁结构可严重影响地球空间环境。在白光日冕仪的图像中，CME常呈现“亮核—暗腔—亮前沿”的三分量结构。近年提出的最新解释认为，其亮前沿并非传统认为的由背景等离子体沿磁绳堆积而成，而是源于沿磁绳上方冕环堆积的背景等离子体。CME前沿经常出现偏离理想弧形的鼓包结构，这会改变其驱动激波的几何形态，进而影响高能电子加速。该凸起是如何形成的，此前尚不清楚。

研究团队对两次观测视角恰好垂直于磁绳轴线（face-on观测）的CME事件进行了深入分析，首次清晰区分并证实了导致前部凸起的两类因素：

内部因素（磁绳/暗条的扭转）：在2012年2月9日的CME事件中，暗条在爆发时发生显著扭转，导致其北段明显高于南段。这一上升形态使得其上方堆积的冕环被顶起的高度北高南低，从而在CME前沿北侧形成一个凸起。

外部因素（冕环固有高度差异）：在2011年9月22日的CME事件中，爆发源区上方的几束冕环在爆发前就存在不同的投影高度。当磁绳向上拱起时，这些原本高低不同的冕环被同步抬升，其原有的高度差异直接映射到CME前部，形成一个稳定的凸起。

该研究契合了对于CME三分量结构的最新解释，即CME前沿形态直接受控于驱动其膨胀的磁绳及其上方冕环的初始三维形态。这一发现进一步支持了对CME三分量结构的新解释，也为精确预测CME驱动激波及其粒子加速效应提供了重要的观测约束。

本工作获得了国家自然科学基金、国家重点研发计划以及中国科学院战略性先导科技专项（B类）的资助。研究使用了SDO及SOHO卫星的公开数据。空间科学与技术学院秉持“科教融合”理念，鼓励学生参与前沿科研课题，以高水平科学研究支撑高质量人才培养。

图1 2012年2月9日太阳爆发的观测结果。(a)-(c)为AIA 304 Å拍摄的图像，展示了爆发中的日珥及其扭曲形态。(d)为LASCO C2记录到的对应的日冕物质抛射及鼓包结构。

图2 2011年9月22日太阳爆发的观测结果。(a)-(c)为AIA 131 Å与AIA 171 Å拍摄的图像，展示了爆发前和爆发中CME前沿结构与不同投影高度日冕环的对应关系。(d)为LASCO C2记录到的对应的日冕物质抛射及鼓包结构。

图3用于解释鼓包结构形成的示意图：(a1)–(a2)内部因素；(b1)–(b2)外部因素。蓝色线条表示冕环，等离子体沿这些环堆积形成橙色表示的前沿，绿色线条代表剪切磁力线，粗黑线和青色线条分别表示日珥和热通道磁绳结构。