大家都知道，耀斑的重要特征就是增強的輻射(耀這個詞的由來)。輻射跨越了幾乎整個電磁波段，最為特征性的就是X射線、極紫外、微波波段的輻射增強。
工作中，大家常用GOES系列衛(wèi)星測量到的軟X射線(波長在1埃至8埃之間)輻射流量峰值來代表耀斑的強度或者級別(注：由于大氣吸收效應(yīng)，在地面無法觀測耀斑的X射線和EUV輻射)。這些級別由弱至強分為：A B C M X，X射線輻射量每升高一個量級，級別就躍變至更高等級。例如，在峰值高于或等于10-6但小于10-5W m-2時為C級，高于或等于10-5但小于10-4W m-2時為M級，高于或等于10-4時均定為X級；峰值為8x 10-5 W m-2的耀斑為M8級，而峰值為2 x 10-4 W m-2的事件則為X2級。
流量的觀測沒有區(qū)分來源，即未知輻射從哪個源區(qū)出來的。而爆發(fā)過程的研究是必須要搞清楚輻射源區(qū)的分布和演變情況的。
圖：SOHO衛(wèi)星觀測到的太陽爆發(fā)現(xiàn)象（左為日冕物質(zhì)拋射、右為耀斑）。
為了說清楚輻射源的分布及對這些分布的物理解釋，有必要從頭說起。
大家公認，耀斑是由“磁場重聯(lián)”物理過程引起的。
磁場重聯(lián)的發(fā)生是有條件的，需要先形成一種電流片位形。
電流片位形對應(yīng)于反向力線相互靠近時、在其間催生的片狀強電流分布，是一種高磁能狀態(tài)；反向力線靠得越近，則電流越高，直至太高，使得原本可以忽略的系統(tǒng)弱電阻變得重要或者由于高電流狀態(tài)衍生出新的“異常”電阻效應(yīng)時，系統(tǒng)便不再穩(wěn)定，發(fā)生電流的燒蝕，這對應(yīng)于磁場的耗散過程。這一過程中，由于電流燒蝕，當然會產(chǎn)生電阻加熱之電流的歐姆耗散項（高中物理哦）；除這一直接加熱效應(yīng)外，對于耀斑通常更為重要的后果卻是粒子被加速至很高的能量(幾十keV—MeV，至更高)。耀斑高能粒子顯然是被重聯(lián)過程中變化的磁場感應(yīng)出的電場加速的。在一般耀斑過程中，大概可以有百分之幾十的能量以高能粒子動能的形式存在。
具體的電場表現(xiàn)形式（準直流形式的電場加速、各類磁島加速(收縮磁島之O型加速、并合磁島之X型加速等)、湍流、慢激波、還有耀斑終止激波等等）是重聯(lián)過程如何加速粒子的等離子體物理經(jīng)典且前沿的課題，此處不便涉及太多。
這樣，經(jīng)過重聯(lián)后，磁場的高磁能狀態(tài)被轉(zhuǎn)化為低磁能狀態(tài)，這一狀態(tài)變遷，從磁場本身來看就是連接方式或者拓撲的改變。而磁化等離子體中，磁場的連接方式、空間分布形態(tài)，更確切地說，磁場的旋度，與等離子體電流幾乎等價。因此，電流的耗散直接改變了磁場的拓撲；或者說磁能的拓撲改變及磁能狀態(tài)躍變直接對應(yīng)于電流的耗散。被消耗掉的磁能通過電阻歐姆耗散被轉(zhuǎn)化為等離子體熱能；磁場的拓撲隨著電流的消耗發(fā)生了同步變化，磁場結(jié)構(gòu)重組磁力線重新連接；通過感應(yīng)電場，又加速得到大量高能粒子，磁能被轉(zhuǎn)化為高能粒子的能量。這便是重聯(lián)的三個主要后果。
在耀斑過程中，由于磁場連接性質(zhì)的改變，在靠近太陽一側(cè)，我們還會得到回縮的磁環(huán)結(jié)構(gòu)（耀斑后環(huán)）；在背離太陽一側(cè)，則得到螺旋纏繞的向外拋射的磁繩結(jié)構(gòu)，對應(yīng)于CME拋射體的一部分。
然而，耀斑源區(qū)中發(fā)生的重聯(lián)和高能粒子加速過程目前仍無法直接探測。我們看到的耀斑特征都是輻射、輻射、輻射、輻射。
輻射從何而來？
根據(jù)電動力學(xué)的知識，做加速運動的電荷產(chǎn)生輻射（電磁波）。
重聯(lián)過程中得到的這些高能粒子、高溫等離子體，就是激發(fā)這些電磁輻射的源頭。各類輻射機制中，比較經(jīng)典的就是韌致輻射（高能粒子與周圍物質(zhì)作用而發(fā)生減速）、回旋同步輻射（高能粒子繞磁場回旋運動而致運動方向持續(xù)改變）。前者又可分兩種情況，厚靶和薄靶韌致輻射。厚靶輻射是指高能粒子在一次作用過程（例如射入致密的色球-底層過渡區(qū)）中而幾乎損失全部能量；而薄靶模型則是指高能粒子在一次輻射過程中自身能量變化不太大（例如與相對稀薄的日冕氣體相互作用）從而可以激發(fā)多次輻射的情況。
根據(jù)輻射粒子的性質(zhì)，又可分為熱的和非熱的（韌致和回旋）輻射。“熱”是指輻射粒子對應(yīng)于處于熱分布（即Maxwell分布）的等離子體粒子；而“非熱”的輻射粒子就是指的那些高能粒子，一般為冪率譜（而不是熱的即非熱）分布。
好了，至此為止，需要用到的概念幾乎都交代完了。下面得盡快切入正題（吃瓜觀眾已所剩無幾）！
前面提到，耀斑要發(fā)生，得有電流片。電流片的產(chǎn)生其實大概可以有兩種可能，一是緊鄰的日冕磁環(huán)結(jié)構(gòu)在足點運動控制下可能相互逼近，如果磁場方向不同，則彼此接觸的地方便會產(chǎn)生電流，靠得越近則電流越強、分布也越接近一個片狀；另一種可能就是日冕物質(zhì)拋射(CME)爆發(fā)時，騰空而起的低日冕磁場結(jié)構(gòu)在身后留下的“空間”形成內(nèi)外壓強差而將兩側(cè)力線吸入，也可能在磁場結(jié)構(gòu)快速向外運動過程中會強烈推擠臨近結(jié)構(gòu)，均可能產(chǎn)生電流片位形。目前廣為接受的太陽爆發(fā)物理過程的模型之中，就是在耀斑和CME之間存在著電流片位形，重聯(lián)正是沿這一起著“承上啟下”作用的結(jié)構(gòu)上發(fā)生的（見圖）。向日一側(cè)為耀斑后環(huán)，背日一側(cè)為CME拋射體尾部。高能粒子隨著重聯(lián)的雙向噴流會射向后環(huán)頂部及CME尾部，進一步還會沿環(huán)擊向致密的足點區(qū)域。從X射線的輻射機制而言，這三部分電荷與周圍介質(zhì)作用的區(qū)域均是可能的X射線輻射源區(qū)(此處主要討論高能電子的輻射)。
事實上，最先觀測到的就是位于耀斑環(huán)足的X射線足點源；在1994年，日本的陽光（Yohkoh）衛(wèi)星上天后，Masuda等(1994)發(fā)現(xiàn)了環(huán)頂上方源，而且觀測到X射線能段越高，對應(yīng)的源區(qū)位置也越高，這說明能量釋放區(qū)位于環(huán)頂上方區(qū)域。這一發(fā)現(xiàn)在1994年Nature發(fā)表，文章的題目就叫《A loop-top hardX-ray source in a compact solar flare as evidence for magnetic reconnection》。這個工作以及后續(xù)的觀測和理論研究對于耀斑物理圖景的理解產(chǎn)生了重要影響。對應(yīng)的耀斑也被命名為Masuda耀斑，此類環(huán)頂上方的X射線源也常被稱為Masuda類的源。
RHESSI衛(wèi)星成功發(fā)射后，Sui & Holman(2003)又在Masuda類X射線源的更上方發(fā)現(xiàn)了又一個新的X射線源。兩組源合稱為日冕雙源（X-ray Double Sources）。每個源區(qū)均對應(yīng)于大量高能粒子與周圍介質(zhì)發(fā)生強烈相互作用的區(qū)域，每組高能粒子又像極了快速行進的炮彈，源區(qū)對應(yīng)于炮彈落地爆炸發(fā)光之處，單源為單響之炮，而雙源則為雙響之炮，故稱觀測到的日冕雙源結(jié)構(gòu)為太陽爆發(fā)“雙響炮”。
注意，點題了。
左上二圖：太陽爆發(fā)物理過程的卡通圖示；左下四組圖：Masuda etal.(1994 Nature)發(fā)現(xiàn)的耀斑環(huán)頂上方源；右上圖：Sui &Holman(2003)發(fā)現(xiàn)的日冕雙源結(jié)構(gòu)；Liu et al.(2008)給出的一例耀斑事件中觀測的雙源結(jié)構(gòu)的源區(qū)位置隨能量的變化。
隨后，出現(xiàn)了一系列的雙源研究工作。這些工作發(fā)現(xiàn)，兩組源關(guān)系很緊密，具有相近的流量曲線變化特征和能譜指數(shù)；更關(guān)鍵的是，隨著X射線觀測能段增加兩組源先是逐漸靠近而后遠離，這也說明能量釋放或者粒子加速的區(qū)域集中分布于雙源中間區(qū)域。之所以隨能量的繼續(xù)升高雙源發(fā)生遠離，可理解為：更高能粒子的穿透距離更大。因此，日冕雙源的觀測為耀斑-CME電流片結(jié)構(gòu)的存在及其作為重聯(lián)能量釋放的關(guān)鍵區(qū)域提供了有力證據(jù)。事實上，Sui & Holman （2003）文章的名字就取為《Evidence for the formation of a large-scale current sheetin a solar flare》。
上述物理描述可以用下圖來表示。圖中的黑字部分表示發(fā)生的各種物理過程或現(xiàn)象，紅字部分表示背后的主要輻射機制。而綠字部分對應(yīng)于本工作貢獻的對于日冕雙源成因的新理解。
其實，這是個故事的續(xù)集。
前集也使用了不少文字，記載于“禍起蕭墻”之“太陽爆發(fā)之里應(yīng)外合破城計”，當屬筆者功力表現(xiàn)充分的一篇文章。大家可適當或假裝溫習(xí)（見下圖）。與前集類似，這一續(xù)集的發(fā)表也不太順當，消耗了大量的時間和激情。“雙響炮”的名字雖早已在日常生活的散步游泳或差旅時取好，然審稿人的挑剔和拖延卻一直在消磨著咱的激情，“豪情還剩一襟晚照”，差不多可以描述這種狀態(tài)。直到審者（懷疑是雙源現(xiàn)象的主要發(fā)現(xiàn)者）在審閱修改大半年后終于推薦文章發(fā)表，我心亦平淡，波瀾也不起，竟致提筆書寫此文也需多番自我激勵方落屁股。
上兩列圖：等值線表示的硬X射線(上)和微波源區(qū)(中)位置與AIA/SDO觀測到的爆發(fā)圖像疊加圖。下列圖：沿三個切片S1-S2-S3做的時間高度圖，虛線描出對應(yīng)于側(cè)拱回縮時的高度變化，通過擬合可給出側(cè)拱的回縮速度來。
不錯，這次描述的事件仍是前文同一例事件。不過關(guān)心的內(nèi)容卻從爆發(fā)的觸發(fā)機制轉(zhuǎn)移到日冕雙源的成因。事件中觀測到了非常好的雙源事件，然而表現(xiàn)出的觀測特征卻與之前的觀測大相徑庭。雙源的流量剖面不再類似，譜指數(shù)則上硬下軟，隨著能量的增加雙源也不再逼近或遠離而處于幾乎固定的位置。那些用來支持“電流片重聯(lián)雙向能量釋放”以解釋日冕雙源的幾個觀測依據(jù)在此事件中都不再展現(xiàn)。
原因何在？
根據(jù)爆發(fā)過程中日冕高溫磁環(huán)結(jié)構(gòu)運動過程的觀測，我們注意到中心爆發(fā)體向外拋射到一定高度時，兩側(cè)的側(cè)拱開始回擠，回擠的橫向速度驚人之快，每側(cè)均達到了250 km/s左右，合起來就是500 km/s的相互逼近的速度，而雙源中的上方源則于回擠之時出現(xiàn)于回擠之處。兩個物理過程的強關(guān)聯(lián)，加上剛剛提及的雙源不同以往的觀測特征，使得我們相信上方源是由側(cè)拱的快速回擠所形成的�？焖倩財D，會使得夾于中間的力線被大大壓縮，不論之間之前是否存在電流片或者源區(qū)處于電流片中間或上方位置，都可能由于回擠而產(chǎn)生或強化電流片位形從而發(fā)生局部磁場重聯(lián)及對應(yīng)的高能粒子加速和X射線輻射。因為回擠的速度太快了，超過平常觀測到的耀斑重聯(lián)入流速度的5-10倍。
在微波波段(34GHz)也觀測到了類似的雙源位形，微波譜的分析與X射線源的譜分析結(jié)果是一致的。兩組獨立獲取的觀測數(shù)據(jù)在一定程度上相互支持。
圖：RHESSI衛(wèi)星和NoRH太陽射電日像儀（34GHz）觀測的日冕雙源結(jié)構(gòu)。
如此這般，就為太陽爆發(fā)“雙響炮”---日冕雙源的成因提供了新的物理解釋。你值得了解！
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