太阳针状物的产生与生命周期

本文提出了太阳针状物产生的物理机制及其生命周期的三个阶段。假设在阶段I，在色球层下部xy平面内，存在沿z轴（垂直方向）的电子与离子温度梯度，局部形成密度隆起。在该区域，准中性$(n_i\simeq n_e=n)$等离子体在诞生后，由于热力${\bf F}_{th} \propto \nabla n(x,y,t) \times (\nabla T_e + \nabla T_i)$，其密度结构在垂直方向被加速。在假设密度在中心最大并渐次向外衰减的条件下，给出了双流体等离子体方程的精确含时解析解。二维（2D）密度结构在色球层底部作为时间上的阶跃函数$H(t)$生成，因此垂直等离子体速度成为时间的斜坡函数$R(t)=t H(t)$，而密度的源项$S(x,y,t)$服从delta函数$\delta(t)$形式。该密度结构中产生的向上加速度${\bf a}=a(x,y)\hat{z}$大于色球层中向下的恒定太阳加速度$-{\bf g}_\odot$。在过渡区（TR），温度梯度更陡；因此向上加速度量级增大$g_\odot << a$，密度隆起在此停留时间更短。这是其生命周期的阶段II。在阶段III，密度结构进入日冕，此处温度梯度消失，该结构在太阳引力作用下减速至零速度。