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创下纪录的一篇文章:一例约束耀斑的能量释放过程研究 精选

已有 5670 次阅读 2018-1-24 14:13 |系统分类:科研笔记

    作为学术界的通行规则,一篇科研论文,完成之后,要经过严格的学术期刊同行评议(peer review),也就是经过小同行的审稿评审,只有成功通过这个环节之后,文章才可以发表,并进入科学文献所构筑的知识大厦(添砖加瓦)。

通常,快则两三周,慢则一至几个月,才能接到审稿意见。之后,再根据意见仔细修改,再提交二审。如此下来,一篇文章,从投稿至接受发表,少则几周多则几月,现实生活中,被拖上大半年至一两年,经历多轮评审也是常有的。此处,我们将要介绍的工作,则出人意料、令人欣慰地创下纪录,至少是我们课题组乃至所在研究院的纪录:从投稿至审稿人完成评审、编辑决定同意发表,仅用了两天多时间。具体时间节点如下:

文章投稿:201811705:25 UT

接受发表:201811915:09 UT


所选择的期刊自然是正规的学术期刊,有时还会被称为“顶级期刊”的(确切地说,应该是“主流期刊”),就是the Astrophysical Journal。这可绝对不是“野花野草”---所谓诸多英特纳雄奈尔类期刊。做天文学研究的同志们朋友们都知道的,也大都喜欢在这上面发文章。为避免不必要的误解,编辑在信中专门解释并致祝贺之意:The reviewer is an excellent researcher. It is rare that I receive papers that are accepted without revisions. So, this one deserves a special congratulation to you and your team. I have also recommended that it be highlighted by ApJ.”大意是:“审稿人很优秀,所以不要怀疑他/她的评审能力;这样子不用任何改动就发表的事情还是很稀罕的,所以祝贺哈”。编辑还说要推荐本文作为期刊的亮点报道。

审稿人是这样解释为什么可以直接发表的,有两段,大概为:“This is a very nice paper…This paper is generally well written and makes its main points clearly and convincingly… this paper can be published in its present form.”大意是“本文很好,写得不错,清楚可信,咱别改了直接印吧”。

记得,在2014年,当时我和研究生也创下了本组的一个发表纪录:投稿时间为201492日,接受发表的时间为201498日,用了六天时间(有少量改动)。作为职业的论文“写手”,我自然对于本纪录的创立,虽有幸运女神的眷顾,仍深感自豪并引以为傲,故作为主要立意写下本客。

“磨刀不误砍柴工”!这是这件事情给我们的启示。

本文所研究的课题从启动到最后完工,耗时其实差不多有一年半,主要由研究生宁昊同学负责具体分析。期间,安排了多个学术会议、并专门与来访或出访遇到的多位外部学者交流等差不多有十次。课题本身并非课题组以往特别熟悉的题目,但让研究生不断与外部学者交流,再通过阅读文献补齐知识的欠缺,课题组内部超过十次的小报告也对问题的理解起到了有益的作用。待“瓜熟蒂落”反复修改至完成初稿后,我们还约请合作者修改了两轮,使得表述不清、语言有问题的地方尽可能少。我想这些都是促使审稿专家决定不需修改直接推荐发表的因素。

我一直告诫学生,要反复表述自己的研究工作。反复讲出来、再写出来都是必须的整理素材和思路的过程,是做科学研究不可或缺的环节。就这个工作而言,研究生同学在不同场合前后反复报告了恐怕有二三十次。每次报告之前,都应修改报告,解决之前存在的问题和别人的疑问,使得动机阐述尽可能动情有煽动性、概念解释尽量透彻做到通俗易懂、表述尽可能清楚做到词能达意、逻辑尽量连贯做到一气呵成,目的就是为了让别人听懂并感受到问题的重要性和研究结果的价值。


下面,开始说一说“正题”---本项研究工作的要意。

耀斑,从字面上理解,就是闪耀的“小”点,发生于太阳大气之中。闪耀就是各种电磁辐射的剧烈增强。别看,点“小”,这是相对于太阳而言的。一个这样的所谓小点,尺度少说也会有几千上万公里,所释放的辐射能量,足以横扫千军万马,按人头来分,一次典型的耀斑能量,可以让地球人人均一枚氢弹。

约束耀斑?辐射出来了,但没有大批的物质跟着被抛出太阳,这就是了。对于此类耀斑,以往研究多关注为啥“约束”,就是为啥不向外抛射物质。大家知道,抛射物质要有“投掷机”,具备相当的肌肉和力量,要有加速有运动有做功。太阳大气中的这种巨大的抛射力都是磁场作用于电流的磁力,与地球生活中无处不在的让电动机转动的力量是一致的。显然,在约束耀斑中,这种力量不存在或很弱,或者有但还不够强大。对应的,就有两种约束耀斑的产生机理。

一种是相对简单的磁环和磁环作用的图景,方向不同的磁环交叉贴近,交叉点如果磁场方向不同的话,就可能会催生巨大的电流,电流烧蚀(专业中称为磁场重联)的时候就是磁场能量转化为粒子能量并引起辐射增强,也就是耀斑爆发的时候。这种图景下,没有太大的磁力,也就不太可能将物质抛出太阳。另一种就是包含磁场缠绕结构(大概就是在多处交错的好几个环所缠绕形成的结构)的爆发过程,由于结构比较复杂,电流(就是磁场扭缠的产物)和磁场交织在一起,爆发力也强,但如果太阳大气背景磁场的致稳的作用力更强,那就白搭了,允许爆发一会,但突不破太阳大气磁场的“挽留”,称为“失败的爆发”。这一类事件是由我国学者季海生研究员最先报道的。

在各类耀斑通用的标准图景中,有一个关键的环节:电流烧蚀导致磁能转化为高能电子的能量,也就是会加速产生大量高能电子;这些电子像子弹一样高速击向高密低温的低层太阳大气物质,在那里高能电子的能量又交给这些“高冷”的物质,让其变得“高热”,从而迅速向外蒸发(称为色球蒸发)。高能电子将能量交出时,产生所谓韧致辐射,一般从软X射线(<20-30keV)到硬X射线(>20-30keV)波段均有辐射增强;而那些高热等离子体上涌时,同时产生热韧致辐射,在软X射线波段辐射最为显著。上涌,即色球蒸发过程,是一个相对慢的过程,相对于高能电子的运动而言,是需要花不少时间的。这使得前面介绍的“先硬后软”的X射线辐射特征,在X光子的流量计数曲线上就会表现出两个峰,而且双峰主要表现在软X射线所处的能量范围。

以往的文章观测报道了一批“先硬后软”类的双峰事件,通常被认为是对上述标准图景中色球蒸发过程存在的观测依据。

本文所研究的事件,大家都猜到了,就是一例约束耀斑事件,表现出非常明显的此类X射线辐射双峰特征。但我们分析论证,后一峰并非源自色球蒸发过程,而是源自日冕稍高处磁场重联---电流烧蚀所引起的直接加热过程。请注意,上面解释的色球蒸发其实应理解为一种重联的“间接加热”,即不是发生在重联区的加热。我们的依据主要是:温度太高了,到了三千万度了都,通常色球蒸发难以蒸出这么高的温度;多个波段分析都表明,对应的高温能量是直接在日冕稍高处直接释放的,应该是发生于重联区的直接加热过程。这与色球蒸发不是一个概念(因而有新意)。

这例约束耀斑的图景与“环环”作用图景完美吻合!强大的NASA卫星成像功能,使得环环作用清楚地展现出来!与双峰特征相呼应,环环作用过程也表现出相随的两个演化阶段,这些都是标准图景所无法预测的。

当然,最后不得不说,作为成年的科研工作者,当尽力带队走向“科研的起点”,而绝不能满足于、停留在使用NASA卫星等的数据资料开展科研工作!

                        ----------------------  2018124

                        ----------------------  于山东济南会议期间

                         ----------------------  一月寒风似砍刀


附:文章的投稿版本见:http://arxiv.org/abs/1801.06641

最终版本:https://doi.org/10.3847/1538-4357/aaaa69

   本报告的另一个学术性质更浓的版本见:

   http://space.wh.sdu.edu.cn/bencandy.php?fid=25&aid=1073



1:这是此次耀斑期间,观测到的X射线流量随时间的变化情况。可见,耀斑起始后,X射线辐射增强了几百上千倍。三条竖直虚线将爆发过程划分为两个阶段。本文的目的主要就是研究后一阶段辐射的产生原因。



2SDO-AIA所拍摄到的耀斑期间环环作用过程。关键部位都用箭头指出了。大家自己感觉一下环环交错、套紧再重新连接排布的过程。最后的图是所绘制的卡通示意图。



3:两个阶段中峰值时刻X射线谱拟合的结果。可以看到,此次双峰事件具有明显的“先硬后软”的特征。




http://blog.sciencenet.cn/blog-685476-1096566.html

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