磁通量绳(磁绳)的产生过程是研究日冕物质抛射(CME)现象的重要环节之一。很多CME模型与观测均显示磁绳可以在CME爆发前或爆发过程中通过磁场重联产生并长大。然而由于缺乏可靠的日冕磁场测量，研究人员只能通过日冕成像观测或光谱分析来获取磁绳形成过程的相关信息，难以全面理解并验证磁绳形成过程的具体细节。磁云是CME内嵌磁绳在行星际空间中的对应物。虽然从日冕到1 AU的长距离传播使得磁绳的密度、温度和体积等都发生了很大的变化，但是磁云内部重元素(如Fe等)的电荷态却在日冕附近便已经冻结，因此为我们揭示磁绳的形成过程提供了一条重要的线索。

鉴于磁绳结构的复杂性、形成过程的多样性以及传播过程中可能经受各种影响，基于单个磁云内部的Fe电荷态分布信息去推求磁绳的形成过程未免有一斑窥豹之嫌。所以，我们对第23个太阳活动周所有L1点磁云事件(100个)进行了统计分析。ACE/SWICS提供了其中96个磁云内部详细的Fe电荷态分布信息。众所周知，太阳风中Fe的平均价态(<Q>Fe)一般为9+到11+。因此，我们沿用Lepri等人(2001)的判断标准，认为当<Q>Fe大于12+即为处于高价态，意即有大量的高价Fe离子(>15+)存在。通过研究发现92个磁云内部的<Q>Fe分布具有一定的规律，可以分为四组：(A)双峰分布(11个事件)，(B)单峰分布(4个事件)，(C)全高分布(29个事件)和(D)无高分布(48个事件)。前三组磁云内部均有大量的高价Fe离子，接近磁云总数的50%，这一结果与Lepri等人(2001)针对ICME内部高Fe价态的统计一致。

我们从每组中选择一个事件作为代表，将其内部Fe电荷态分布与<Q>Fe示于图1中。其中竖直实线表示ICME相关的激波，两条竖直点虚线分别表示磁云的开始与结束时间，水平点线指出12+所在位置。由此图可以清楚看到A组磁云内部的<Q>Fe分布呈双峰分布，两个峰值均高于12+，而峰峰之间则低于12+；B组中单峰高于12+，峰的两翼均低于12+；C、D组磁云内部的<Q>Fe始终保持高于、低于12+，具体的Fe电荷态分布图也显示C组磁云内部以16+左右的高价态Fe离子分布为主，而D组则是以10+左右的普通价态Fe离子为主。

图1 四个代表事件的Fe电荷态分布与<Q>Fe分布

图2左列显示了磁绳在CME爆发前产生所可能有的内部电荷态分布。其中内嵌蓝圆表示爆发前存在的磁绳，外围表示爆发过程中磁绳由于重联增加的部分，其红(蓝)色表示<Q>Fe高(低)于12+。而产生不同<Q>Fe的原因可能是CME尾随电流片温度不同所致。如果重联电流片温度高于背景温度(如大于200万度)，则电流片区域的高价Fe离子可以随着重联磁力线成为磁云的一部分，此情形下磁云内部便会有高价Fe离子。反之，如果电流片温度与背景所差无几，则磁云内部不会有高价Fe离子的增强。左列上中下分别表示电流片温度始终高于背景、先高后同与始终与背景相同三种情形，伴随着飞船不同的穿越路径(如绿箭所指)便可以观测到上述四组磁云内部不同的<Q>Fe分布形态。图2中两条竖直点虚线分别表示磁云的边界，水平点线示意12+所在位置。右列显示的是磁绳在爆发过程中产生的情形，对应地可以观测到三种不同的<Q>Fe分布情形。由此我们认为，局地观测到磁云内部<Q>Fe呈现双峰分布意味着该事件中的磁绳很可能是爆发前就已经存在的。如果我们能确认飞船具体的穿越路径，将可以获取更多有关磁绳的信息。因此本项研究工作为我们通过地球附近局地探测数据揭示1.5亿公里以外磁绳的形成过程打开了一扇窗。

图2 磁绳不同形成过程与飞船不同穿越路径导致不同的<Q>Fe测量结果

本项研究由山东大学空间科学研究院、乔治梅森大学、南京大学、密西根大学和阿拉巴马大学等单位共同完成，刚刚在<Astrophysical Journal Supplement Series>上发表。论文作者感谢中国科技部973项目和中、美两国国家自然科学基金的联合资助。论文链接：http://iopscience.iop.org/article/10.3847/0067-0049/224/2/27/meta;jsessionid=744EEE955947D9E19C3326327220083C.c2.iopscience.cld.iop.org